Structures de Flammes et Combustion Turbulente

  • Champs de densité et de température déterminé par SBOS lors d'une décharge électrique. Allumeur inductif, électrodes pointes-pointes.
  • Visualisation par strioscopie d'une transition vers la détonation pour un mélange n-décane/O2/Ar.

Activités de recherche

Les enjeux sociétaux, environnementaux et industriels associés aux activités de l'équipe CT concernent les systèmes de propulsion du futur (aéronautique et spatial), la sécurité des installations utilisant l'hydrogène, la réduction des émissions de polluants, les incendies, la caractérisation de nouveaux carburants et leur valorisation, les applications militaires, etc.


Les verrous scientifiques associés à ces applications sont souvent similaires et résultent d’une part du caractère multi-échelles des écoulements et d’autre part des interactions de différents mécanismes physiques : turbulence, changement de phases, mélange des espèces chimiques, cinétique de réaction, transferts de chaleur, expansion, compression, chocs.


Les recherches réalisées dans l'équipe sont basées sur des expérimentations, des simulations numériques et des études théoriques, dont l'objectif est de comprendre, analyser et modéliser les écoulements turbulents réactifs. Les travaux de recherches s'inscrivent dans quatre grandes orientations :

- Combustion en écoulement compressible

- Dynamique des fronts en milieu hétérogène

- Combustion en écoulement diphasique

- Décharges électriques et transferts aux parois en écoulement réactif


Partenaires industriels : MEGGITT, MBDA, SAFRAN TECH, SAFRAN AE, IFPEN, Babcock-Wanson, ArianeGroup

- Combustion supersonique dans les super-statoréacteurs

 

Simulation DDES réactive réalisée avec CEDRE - Banc d’essais LAPCAT du LAERTE - Collaboration ONERA (G. Pelletier, M. Ferrier, A. Vincent-Randonnier) / Pprime (A. Mura)

 


- Combustion supersonique d’hydrogène

Simulation haute fidélité réalisé avec le solveur CREAMS (RK3, WENO7, CDS8) de l’injection pariétale sonique d’hydrogène dans un écoulement supersonique d’air vicié


- Interactions choc/turbulence, détonation/turbulence

Simulation haute fidélité réalisé avec le solveur CREAMS (RK3, WENO7, CDS8) - Configuration d’interaction : turbulence homogène isotrope (THI) en interaction avec un choc plan (initialement)


- Transition Déflagration/Détonation (Collaboration équipe DETO)

Visualisation par strioscopie d'une transition vers la détonation pour un mélange n-décane/O2/Ar.

Simulation numérique 3D d'un scénario de transition d'une flamme subsonique vers une détonation (E. Rougon, V. Robin, A. Chinnayya)


- Couplage acoustique/combustion en écoulement turbulent

- Dynamique des flammes

Comparaison de la visualisation directe d'une flamme se propageant dans une enceinte fermée (CV2) avec les résultats des simulations numériques (LES - OpenFoam)

Vidéo de présentation de CV2

 


- Dynamique des fronts d’auto-inflammation, transition vers la déflagration

Front d'auto-inflammation en MCR. Pré-mélange n-décane air thermiquement stratifié. (chimiluminescence OH*)


- Propagation d’incendie (Collaboration équipe CH)

- Pulvérisation par jet impactant


- Atomisation par électrisation de jet

Visualisation par ombroscopie d'un jet de combustible électrisé (Collaboration équipe EFD)


- Topologie du mélange aux petites échelles dans un brouillard de gouttelettes

Évaporation d'un jet liquide évoluant au sein d’une turbulence homogène isotrope


- Propagation de front et d’auto-inflammation dans un brouillard de gouttelettes

DNS d'un front se propageant (zone orangée) dans un brouillard de gouttelettes où des poches de gaz s'auto-enflamment (zones bleues)


- Combustion diphasique de carburants alternatifs

Auto-inflammation d'une couche de mélange diphasique LOX-Méthane

- Transferts de chaleur instationnaires aux parois / Interactions flammes-parois

Flux de chaleur aux parois de CV2 (LES) à deux instants successifs pendant la propagation de la flamme

Coincement frontal d'une flamme de pré-mélange (chimilumi-nescence)


- Allumage par décharge électrique / Allumage par effet catalytique

Caractérisation expérimentale d'une décharge électrique par SBOS : Champs de densité et de température (Allumeur inductif, électrodes pointe-pointe).


- Couplage catalyse/plasma

DBD plasma reactor

Outils numériques

  • CREAMS : simulation numérique d’écoulements compressibles
  • ASPHODELE : simulation numérique d’écoulements incompressibles
  • ARCHER : simulation numérique d’écoulements diphasiques
  • OpenFoam : RANS, URANS, LES

Dispositifs expérimentaux :

  • PERGOLA  : Dispositif pour l'étude de la combustion d'ergols stockables (application spatiale)
  • CV2 : Dispositif d'étude de la combustion à volume constant à fonctionnement cyclique, sans piston.
  • MDAID : Dispositif d'étude des transitions de régime de combustion : Déflagration / Auto-allumage / Détonation
  • MCR : Machine à Compression Rapide.
  • Bombes : dispositifs de mesure de vitesse fondamentale de flammes

Diagnostics optiques:

    • PIV haute cadence, LDV, Granulométrie.
    • PLIF radicaux et traceurs.
    • Chimiluminescence, spectroscopie.
    • Strioscopie et ombroscopie ultra-haute cadence ou fort grossissement, SBOS.

Métrologie Non-optique : Mesures instationnaires de pression, température et flux de chaleur.

Chercheurs et enseignants-chercheurs

Vincent ROBIN

Responsable d'équipe

émail : vincent.robin@isae-ensma.fr

 

Tél: +33 5 49 49 82 83

Camille STROZZI

Responsable d'équipe adjoint

émail : camille.strozzi@isae-ensma.fr

Postdocs, Doctorants