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Thèse présentée à

INSA de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique

Par

Saravanan BALUSAMY

Soutenue le 22 octobre 2010

Etude expérimentale de la propagation de flammes dans un mélange stratifié
Jury

Rapporteurs
Dany ESCUDIÉ, Directrice de Recherche CNRS, CETHIL, Lyon.
Epaminondas MASTORAKOS, Professeur, Cambridge University.

Examinateurs
Marc BELLENOUE, Professeur à l’ENSMA, Poitiers.
António PIRES DA CRUZ, Ingénieur, Institut Français du Pétrole, Paris.
Luc VERVISCH, Professeur, INSA de Rouen.

Directeurs de thèse
Armelle CESSOU, Chargée de Recherche CNRS, CORIA, Rouen.
Bertrand LECORDIER, Chargé de Recherche CNRS, CORIA, Rouen.

Résumé
Pour mieux comprendre la combustion en mode stratifié, la propagation de flammes au sein de stratifications de richesse laminaire ou turbulente a été étudiée par des mesures simultanées de richesse et de vitesse effectuées par couplage de la PIV et de la PLIF. L’accent a été mis sur le développement de méthodes permettant d’améliorer la qualité des mesures locales. En particulier, un nouvel algorithme de PIV permettant la mesure locale de la vitesse des gaz frais véritablement à l’entrée de la zone de préchauffage a été développé. Pour améliorer la résolution, les mailles de calcul s’adaptent localement à la topologie de la flamme, pour tenir compte de la forme du front de flamme et de l’expansion des gaz. L’analyse statistique des mesures conditionnée sur la richesse locale a permis de caractériser les propriétés de la flamme soumise à une stratification de richesse dans un écoulement laminaire et turbulent, en particulier en mettant en évidence un effet mémoire.

Mots Clés
Combustion stratifiée, flamme turbulente, flamme laminaire, PIV, PLIF, vitesse de combustion laminaire

Abstract
In order to better understand the stratified combustion, the propagation of flame through stratified mixture field in laminar and turbulent flow conditions has been studied by using combined PIV/PLIF techniques. A great emphasis was placed on developing methods to improve the accuracy of local measurements of flame propagation. In particular, a new PIV approach has been developed to measure the local fresh gas velocity near preheat zone of flame front. To improve the resolution of measurement, the shape of interrogation window has been continuously modified based on the local flame topology and gas expansion effect. Statistical analysis of conditioned local measurements by the local equivalence ratio of flames allows the characterization of the properties of flame propagation subjected to the mixture stratification in laminar and turbulent flows, especially the highlight of the memory effect.

Keywords
Stratified combustion, turbulent flame, laminar flame, PIV, PLIF, laminar burning velocity

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