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Thèse présentée à

Normandie Université - INSA de Rouen

Spécialité Energétique

Par

Andrés VALENCIA CORREA

Soutenue le 19 juin 2017

Etude expérimentale des concentrations de suie et des vitesses dans une flamme de paroi verticale
Jury

Rapporteur
Mr. A. TROUVÉ, Professeur, Université du Maryland (USA)
Mr. P. BOULET, Professeur, Université de Lorraine

Directeur de thèse
Mr. A. COPPALLE Professeur, INSA Rouen-Normandie

Co-encadrante
Mme. M. TALBAUT Maître de Conférences, INSA Rouen

Examinateur
Mr. J.M. MOST, Directeur de recherche émérite CNRS, PPrime - Poitiers
Mr. K.P. GEIGLE, Docteur, DLR – Stuttgart (Allemagne)
Mr. S. SUARD, Docteur - Ingénieur de recherche, Responsable du LEF (IRSN)

Etude expérimentale des concentrations de suie et des vitesses dans une flamme de paroi verticale

La croissance d’un incendie dans un espace clos s’explique par l’inflammation et la combustion d’un nombre de plus en plus grand de matières combustibles. Un cas important est celui de la propagation d’une flamme sur une paroi verticale. En effet si la flamme progresse dans le même sens que l’écoulement (cas co-courant), la croissance est rapide. Dans ce cas, l’émission des vapeurs combustibles (pyrolyse) et le dégagement de la chaleur apportée par la combustion sont couplés par les flux convectés et rayonnés à la paroi. Ces flammes de paroi verticale sont pilotées par les forces de flottabilité, et se caractérisent par un régime de basse vitesse et avec une forte production de suie. Bien que de nombreux travaux aient été consacrés à l’étude des flammes de paroi verticale [1-3] peu d’entre eux ont été dédiés à l’étude de l’écoulement dans la couche limite proche de la paroi et à l’étude des zones de production de suie, lesquels sont des données nécessaires pour la validation des codes de calculs.
Pour cela, des mesures simultanées de vitesse par PIV et de concentration de suie par LII ont été réalisées sur un brûleur gaz en configuration paroi-verticale. Dans un premier temps, ces mesures ont permis l’analyse de la forme, de la taille et de la concentration des zones de formation de suie (poches de suie) à différentes hauteurs dans la flamme. Ensuite, les champs 2D de vitesses moyennes (horizontales et verticales) ont été étudiés, ainsi que leurs fluctuations (densités de probabilité et écart-type). Une description de la couche limite réactive, à l’aide d’une échelle caractéristique obtenue avec des mesures de vitesse plus résolues spatialement (PIV ”zoomé”), a également été réalisée. Finalement, les mesures de LII et PIV couplées ont permis d’étudier l’influence du champ de vitesse sur la distribution des suies dans la flamme, ainsi que le transport de la fraction volumique de suie dans la couche limite réactive.

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