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Thèse

Développement de diagnostics lasers femtosecondes pour l’étude de la combustion kérosène/air à haute pression (conditions aéronautiques)

Résumé : L’augmentation du trafic aérien s’accompagne d’un durcissement des réglementations visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et de polluants. Les objectifs Flight Path visent une réduction des émissions de CO₂ de 75 % et de 90% du NO à l’horizon 2050. Pour atteindre ces objectifs, le motoriste aéronautique SAFRAN développe de nouvelles architectures de chambres de combustion « Low-NOx » utilisant des nouveaux systèmes d’injection de carburant. A l’issue des étapes de modélisation et de la réalisation des prototypes, leur caractérisation expérimentale dans des conditions complexes d’écoulements réactifs nécessitent des diagnostics de mesure innovants permettant de capturer leurs modes de fonctionnement et les dynamiques d’évolution. Pour répondre à ces besoins, les objectifs de la thèse étaient de développer plusieurs techniques de mesures haute-cadence utilisant des impulsions laser ultracourtes afin de mesurer les grandeurs scalaires telles que la température des gaz et la concentration d’espèces chimiques au sein de ces nouvelles chambres de combustion. Pour mesurer la température dans les combustions diphasiques kérosène/air à haute-pression, la Diffusion Raman Anti-Stokes Cohérente (DRASC) à sonde à dérive de fréquence (CPP fs CARS en anglais) fonctionnant à une cadence de répétition de 1 kHz et destinée à sonder la distribution de population des niveaux d’énergie rovibrationnels de la molécule d’azote a été développée. Les nombreux verrous inhérents à l’utilisation du diagnostic DRASC au sein du banc de combustion HERON, ont été étudiés par étapes successives au sein de plusieurs environnements dans des conditions pour lesquelles les propriétés du milieu, la température et la pression étaient contrôlés. Cette complexité graduelle dans la mise en œuvre de ce diagnostic laser a permis de le faire évoluer de manière à mesurer avec succès les évolutions de la température au sein de flammes kérosène/air à pression élevée, ce qui constitue, à notre connaissance, une première mondiale. Afin d’augmenter la précision des mesures à température modérée, le développement du diagnostic de DRASC CPP rotationnelle a également été entrepris et les spectres mesurés ont fait l’objet de premières analyses. Enfin, en parallèle au développement du diagnostic de thermométrie DRASC, le diagnostic laser de LIF femtoseconde à 1 kHz a été développé pour mesurer la concentration de NO dans les flammes. Ces premiers travaux ont permis de démontrer la possibilité de doser NO dans des flammes de laboratoire avec des approches allant de la mesure ponctuelle jusqu’à des mesures 2D.
Liste complète des métadonnées

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03267116
Contributeur : Abes Star :  Contact
Soumis le : mardi 22 juin 2021 - 13:11:10
Dernière modification le : mercredi 23 juin 2021 - 03:35:50

Fichier

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Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03267116, version 1

Citation

Sylvain Legros. Développement de diagnostics lasers femtosecondes pour l’étude de la combustion kérosène/air à haute pression (conditions aéronautiques). Thermique [physics.class-ph]. Normandie Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020NORMIR24⟩. ⟨tel-03267116⟩

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