High-pressure combustion large-eddy simulation for an a priori optical diagnostics validation

Simulation aux grandes échelles de la combustion haute pression pour la validation à priori des diagnostics optiques Afin de réduire la consommation spécifique et les émissions de CO₂ des moteurs aéronautiques, les industriels cherchent à augmenter la pression maximale dans le cycle thermodynamique de Brayton. Cette augmentation de pression entraîne un fort impact sur la structure de la flamme (épaisseur, vitesse, cinétique chimique) mais également sur les émissions de polluants, tels que les NOx. Les émissions de NOx peuvent être limitées en adoptant des technologies innovantes comme les chambres de combustion low-NOx. De même, la haute pression dans la chambre impacte également les propriétés radiatives des gaz brûlés, qui sont importantes pour les diagnostics optiques utilisés pour caractériser la flamme. Un nouveau système d’injection de type pauvre prémélangé (LP pour Lean-Premixed) pour brûleurs aéronautiques a été étudié expérimentalement au laboratoire CORIA à Rouen avec des diagnostics optiques avancés. Dans le cadre de ces travaux, des simulations aux grandes échelles de ce système ont été réalisées pour un point de fonctionnement de référence à 8.33bar et 669.3K. L’impact des caractéristiques de l’atomisation sur la flamme est évalué par une étude paramétrique. Une analyse du temps d’évaporation caractéristique et de son influence sur la flamme a été effectuée. Cette étude paramétrique montre que la qualité de l’atomisation influence fortement la topologie de la flamme et la distribution du combustible dans la chambre de combustion. Les résultats numériques sont ensuite comparés aux données expérimentales afin d’apporter des précisions sur la topologie de la flamme. De plus, un modèle à deux niveaux capable de simuler la Fluorescence Induite par Laser (LIF) a été développé. Le but de ce modèle est de pouvoir comparer des images brutes obtenues expérimentalement avec les résultats numériques. À cet effet, l’interaction faisceau laser / gaz brûlés est modélisée pour quantifier les phénomènes d’absorption et de “quenching”, qui sont importants pour obtenir des mesures quantitatives à partir du signal de fluorescence. Avec ce modèle, les simulations permettent d’évaluer les propriétés radiatives des gaz brûlés le long du parcours de la nappe laser.