Effets de l'enrichissement en oxygène sur une flamme turbulente non-prémélangée, méthane-air, stabilisée par un swirl

Nazim Merlo , Toufik Boushaki , Christian Chauveau , Stéphanie de Persis , Laure Pillier , Brahim Sarh , Iskender Gökalp

Ce travail présente les effets de l’enrichissement en oxygène sur le comportement d’une flamme non-prémélangée méthane air dans un brûleur co-axial à swirl. L’étude porte plus particulièrement sur la stabilité de la flamme et les émissions polluantes telles que les NOx, CO2, CO et CH4. Les expériences sont menées dans une chambre de combustion cylindrique de 25 kW refroidie par une circulation d’eau. Le brûleur est constitué de deux tubes concentriques avec un swirl placé dans la partie annulaire afin de mettre en rotation l’oxydant. Le tube central achemine le méthane jusqu’à un injecteur radial qui comporte huit trous uniformément répartis situés juste en dessous du plan de sortie du brûleur. Les mesures des gaz brûlés sont effectuées par des analyseurs multi-gaz à l’aide d’une sonde de prélèvement en sortie de la chambre de combustion. Des expériences de chimiluminescence du radical OH* sont menées pour décrire la structure et la stabilité de la flamme dans les cas air et air enrichi en oxygène. Les hauteurs d’accrochage, les fluctuations de la base de la flamme, et les longueurs de flamme sont déterminées. Les mesures sont effectuées pour une concentration en oxygène qui varie de 0 à 40 % en volume, un nombre de swirl de 0,8 à 1,4 et une richesse globale de 0,7 à 1. Les résultats montrent que l’ajout de l’oxygène à l’air améliorent la stabilité de la flamme en étendant les limites de soufflage. L’augmentation de la concentration en oxygène conduit à une diminution des hauteurs de décrochage et une réduction des fluctuations de la base de la flamme. Les mesures ont montré que l’augmentation du nombre de swirl améliore significativement la stabilité de la flamme. L’analyse des gaz brûlés a révélé que les émissions de CO2 augmentent linéairement avec la concentration en oxygène. Les émissions de CO décroissent exponentiellement tandis que les émissions de NOx, augmentent exponentiellement avec l’enrichissement en oxygène.

Mots clés: enrichissement en oxygène; flamme turbulente; stabilité de flamme; émissions polluantes

Domaines: Mécanique [physics]

Nazim Merlo, Toufik Boushaki, Christian Chauveau, Stéphanie de Persis, Laure Pillier, et al.. Effets de l'enrichissement en oxygène sur une flamme turbulente non-prémélangée, méthane-air, stabilisée par un swirl. CFM 2013 - 21ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2013, Bordeaux, France. ⟨hal-03439823⟩