Etude énergétique des instabilités thermo-acoustiques et optimisation génétique des cinétiques réduites.

摘要

Les chambres de combustion des turbines à gaz fonctionnent maintenant souvent dans un mode de combustion prémélangée pauvre. Cette technologie s'est rendue indispensable pour limiter les émissions polluantes (en particulier les oxydes d'azote), et ainsi satisfaire aux normes antipollution. Néanmoins l'adoption de mode de combustion prémélangée pauvre réduit considérablement la marge de stabilité de flammes en les rendant sensibles aux perturbations de l'écoulement. L'apparition d'instabilités de combustion dans ces brûleurs est alors devenu un problème récurrent pour les concepteurs. Les méthodes de contrôle actif de ces instabilités ont permis de maintenir en fonctionnement les turbines d'ancienne génération convertie au mode prémélangé. La conception et la mise au point des nouvelles turbines doit s'affranchir de ces systèmes de contrôle et offrir une stabilité naturelle par un dessin approprié. La prédiction et l'étude des instabilités de combustion restent des champs ouverts de la recherche, car il est pour l'heure toujours impossible de garantir totalement la stabilité d'une chambre nouvellement conçue. Les méthodes de simulation instationnaires ont maintenant atteint un niveau de maturité qui leur permet de rendre compte des principaux phénomènes intervenant dans l'apparition d'instabilités de combustion. La simulation aux grandes échelles (LES) devient un outil de simulation précis et performant, capable de capturer les instabilités de combustion. Sa précision repose pour partie sur certains modèles. Pour cela, cette thèse traite en partie de la modélisation de la chimie. L'optimisation des schémas cinétiques permet d'obtenir la précision requise sur les taux de combustion dans les simulations réactives en géométrie complexe. En outre, cette étude met en avant la capacité de la LES réactive compressible à capturer des instabilités thermo-acoustiques. L'analyse du bilan énergétique de l'acoustique met au premier plan l'importance de la prise en compte des impédancesacoustiques aux entrées et sorties de la chambre.