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EFS9AB

Combustion appliquée aux turboréacteurs


Crédits : 4 ECTS

Durée : 42 heures

Semestre : S9

Responsables :

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

Lisa Bouheraoua, ingénieur de recherche SAFRAN - lisa.bouheraoua@safran.fr


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 - 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 : 

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
  • Aucune étiquette