Journée des doctorants – 7 décembre 2006

1CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

STABILISATION DE FLAMMES-JETSASSISTEE PAR PLASMA FROID

Karine CRINEREncadrement : A. CESSOU et P. VERVISCH

Journée des doctorants – 7 décembre 2006

2CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Contexte

Cadre : Projet INCA (INitiative en Combustion Avancée)

SNECMA – CNRS – ONERA

Thème : Stabilisation de flamme par plasma Amélioration de la stabilité dans les moteurs d’avion

(fonctionnement en pauvre notamment)

Objectif : stabiliser des flammes swirlée diphasiques par plasma froid

Journée des doctorants – 7 décembre 2006

3CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Plasma froid (streamers) et combustion

Source : Wikipedia

Photo : R. DELORME

= décharges impulsionnelles haute-tension

Pour empêcher le passage à l’arc : utilisation de diélectrique (DBD)

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4CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Montage expérimental

C3H8,ou CH4

+ gouttes

25 mm

50 mm HV+La combustion :

Injecteur céramique Φint 5 mm

Propane ou MéthaneAjout de gouttes d’éthanol ou iso-

octane(Diamètres de 1 à 3 μm – D32 : 1.8 μm)Les électrodes :

Simple DBDÉcartement 25 mm

Le générateur :200 Hz55 kV en 5.5 nsDurée totale : 1 μs

Bilan énergétique :0.01 à 0.1 % de la puissance de la

flammeDont 5 % seulement réellement injecté

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5CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Procédure expérimentale

H2

H3Hn

H1

Hauteur naturelle

Hauteur avec plasma

Vitesse débitante relative(par rapport à la vitesse de décrochage)

Hauteur de suspension

Gain en hauteur

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6CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Procédure expérimentale

H2

H3Hn

H1

Vitesse débitante relative(par rapport à la vitesse de décrochage)

Diminution relative de hauteur de suspension

Gain en hauteur

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7CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Stabilisation de flamme-jet mono- et diphasique

Flammes de méthane

Méthane seul - Méthane + Éthanol - Méthane + Iso-octane

Effet stabilisant de la présence de gouttes Pas d’influence de la nature du liquide

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8CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Stabilisation de flamme-jet mono- et diphasique

Flammes de propane

Propane seul - Propane + Éthanol - Propane + Iso-octane

Pas d’influence de la présence de gouttes Pas d’influence de la nature du liquide

Gain en vitesse de décrochage

Gain en vitesse de décrochage

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9CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Effet du plasma sur les gouttes

Distribution de taille de gouttes

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.00 0.28 0.58 0.88 1.18 1.48 1.77 2.07 2.37 2.67 2.97

Diamètre (micron)

Fréa

uenc

e

Distribution de taille de gouttes

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.00 0.28 0.58 0.88 1.18 1.48 1.77 2.07 2.37 2.67 2.97

Diamètre (micron)

Fréquences

D32 1.8μm

Dn

0.1

1.2μm

Dn

0.5

1.4μm

Dn

0.9

2.4μm

D32 1.6μm

Dn

0.1

0.5μm

Dn

0.5

0.6μm

Dn

0.9

1.7μm

Sans plasma

Avec plasma

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10CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

Conclusions et perspectives

L’utilisation de décharges impulsionnelles haute-tension (streamers) permet de stabiliser des flammes-jets avec un faible coût énergétique.La présence de gouttes favorise la stabilisation de flamme.Les décharges semble provoquer une rupture des gouttes.

Question : peut-on stabiliser ces flammes-là avec du plasma froid ?