Combustion appliquée aux turboréacteurs – EFS9AB

Programme et contenu

Ce cours présente une vue d’ensemble de la combustion. Il vise à acquérir des connaissances sur certains aspects spécifiques d’intérêt industriel et pratique liés aux turboréacteurs.

Le programme est le suivant :

1. C1 – GC. Thermodynamique de la combustion : retour sur les mélanges d’espèces chimiques et l’équilibre chimique ; composition à l’équilibre chimique ; combustion pauvre/riche ; composition des gaz de combustion ; température de flamme adiabatique ; pouvoir calorifique inférieur et supérieur.
2. C2 – GC. Cinétique chimique des réactions de combustion : taux d’’avancement d’une réaction ; enjeux liés à la réduction des schémas cinétiques de la combustion.
3. C3,4 – GC. Combustion laminaire : flammes laminaires de prémélange : exemples, équations monodimensionnelles, vitesses de propagation ; stabilisation des flammes.
4. C5,6 – GC. Combustion laminaire : flammes laminaires de diffusion : exemples ; notions de scalaire passif ; structure d’une flamme de diffusion.
5. Travaux pratiques – GC. Mesure de la vitesse de propagation d’un mélange propane – air ; stabilité de flammes laminaires partiellement prémélangées ; application à un brûleur Bunsen ; limites de fonctionnement (phénomènes de soufflage et de retour de flamme).
6. C7 – GC. Combustion diphasique : modélisation de la combustion d’une goutte isolée ; les différents types de combustion dans les brouillards.
7. C8 – LB. Modélisation de la turbulence : retour sur les équations et stratégies de modélisation et simulation d’écoulements turbulents : `Reynolds-Average Navier-Stokes’ vs `Direct Numerical Simulations’ ; une nouvelle approche intermédiaire : `Large Eddy Simulations’ ; notion de filtre spatial, … ; simulations avancées, supercalculateurs et calculs haute performance (`High Performance Computing’).
8. C9 – LB. Modélisation de la combustion turbulente : interactions flamme – turbulence ; méthodes de fermeture du terme source chimique – modèles de combustion.
9. C10,11 – LB. Technologie des turboréacteurs : architectures et notions de performances ; enjeux de conception des chambres de combustion ; outils d’analyse avancés : diagnostics expérimentaux – simulations numériques.
10. C12 – LB. Émissions polluantes des chambres de turboréacteurs : formation des polluants NOx, CO, UHC et des nanoparticules ; caractérisation des polluants par mesures expérimentales ; modélisation des polluants en LES et principaux résultats ; technologies futures de chambres `Low NOx’, `Low Smoke’.

L’évaluation du module a lieu, essentiellement, via un test à mi-parcours (donné par GC) et un test final (donné par LB). Les travaux pratiques, qui donnent lieu à un compte-rendu, contribuent également.

Compétences

• Connaître : - Mécanismes de formation des polluants, dont les NOx et les particules ultrafines. - Notions de base sur la qualité de l'air, le changement climatique, les carburants alternatifs, les impacts et la mesure des polluants.
• Comprendre : - Les mécanismes à l’origine de la propagation d’une flamme dans un pré-mélange: déflagration et détonation. - La dissipation scalaire et ses implications sur la flamme (phénomène d’extinction). - Les différents régimes de combustion de groupe dans les écoulements chargés en gouttelettes de combustibles.
• Appliquer : - Équations de conservation appliquées aux flammes quasi-isobares et à des écoulements compressibles quasi-1D. - Solution en chimie infiniment rapide pour décrire les flammes non-prémélangées. - Principaux modèles de la combustion turbulente.
• Analyser : - Domaine de fonctionnement d’un brûleur partiellement prémélangé (soufflage, retour de flamme). Allumage et stabilisation. - Comportement d’un écoulement compressible soumis à un apport de chaleur.
• Évaluer : - Composition à l’équilibre d’un système réactionnel. - Chaleur dégagée par une réaction de combustion. - Température de flamme. - Vitesse d’une détonation idéale. - Taux d’évaporation de gouttes de combustibles.