EFS9AB

Combustion appliquée aux turboréacteurs

Crédits : 3 ECTS

Durée : 33 heures

Semestre : S9

Responsables :

Guillaume Castanet, chercheur CNRS - guillaume.castanet@univ-lorraine.fr

Olivier Penanhoat, ingénieur de recherche SAFRAN - olivier.penanhoat@safrangroup.com

Mots clés : Combustion, flammes, turboréacteurs, moteurs à combustion interne, polluants

Pré requis : Mécanique des fluides, thermique, thermodynamique, méthodes numériques pour la mécanique - énergétique

Objectif général :

Acquérir des connaissances sur la combustion et ses applications industrielles

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 - OP. Ouverture sur les applications aux turboréacteurs : architectures ; enjeux de conception des chambres de combustion ; les émissions polluantes et leur réduction.
7. C8,9 - GC. Combustion diphasique : modélisation de la combustion d’'une goutte isolée ; les différents types de combustion dans les brouillards.
8. C9 - GC. Éléments sur la combustion turbulente : structure des flammes turbulentes de prémélange et de diffusion.

L'évaluation du module a lieu, essentiellement, via un test final donné par GC. Les travaux pratiques, qui donnent lieu à un compte-rendu, contribuent également.

Compétences : 

Niveaux

Description et verbes opérationnels

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

Évaluations :

• Tests écrits

• Contrôle continu

• Oral, soutenance

• Projet

• Rapport