Paramètres de similitude pour la combustion diphasique

• Published in: Revue générale de thermique 1998-12, Vol.37 (11), p.934-953
• Main Authors: Delabroy, Olivier, Lacas, François, Labegorre, Bernard, Samaniego, Jean-Michel
• Format: Article
• Language: fre
• Subjects: combustion cryotechnique; combustion diphasique; Combustion. Flammes; cryogenic combustion; dimensionless group; Energie; Energie. Utilisation thermique des combustibles; Etudes théoriques; Etudes théoriques. Données et constantes. Mesures; nombres sans dimension; oxycombustion; scaling; Sciences appliquees; Sciences exactes et technologie; similitude; spray combustion
• ISSN: 0035-3159; 1879-2049
• DOI: 10.1016/S0035-3159(98)80018-4

Scaling is an important issue in many practical applications. While some scaling laws are already applied in combustion, none of them addresses the phenomena involving the liquid phase (e.g. in a liquid-fueled burner). The goal of this paper is to study systematically those phenomena and to establish scaling laws that take the liquid phase into account. A dimensional analysis is performed, leading to the expression of four dimensionless groups. The first one describes the combustion mode and the global aspect of the flame. The next two address the stabilisation of the flame and the last one is related to the atomiser efficiency. In the second part of the paper, those dimensionless groups are applied to practical devices. The flexibility of this analysis is demonstrated using different kinds of injectors and fuels. In each case, the four dimensionless groups correctly predict some physical characteristics of the flame such as its mode of stabilisation, lift-off etc. Finally another practical application is studied: the design of a small scale burner using the proposed scaling laws. Les problèmes de similitude constituent un enjeu important dans de nombreuses applications industrielles. Certaines lois d'échelle sont déjà appliquées dans le domaine de la combustion. Cependant, aucune n'aborde le problème spécifique du diphasique lié à l'utilisation d'un combustible liquide. Le but de cet article est d'étudier précisément les contraintes rajoutées par la prise en compte de la phase liquide dans les phénomènes d'échelle et d'en déduire des lois de similitude. Une analyse dimensionnelle du problème est menée, conduisant à la formation de quatre nombres sans dimension. Le premier nombre sans dimension caractérise l'aspect global de la flamme et de la combustion. Les deux suivants concernent les problèmes de stabilisation de flamme, tandis que le dernier est lié au rendement de l'atomisation. Dans un deuxième temps, nous mettons en pratique le calcul de ces quatre groupes sans dimension. Afin de démontrer la souplesse de cette analyse, plusieurs couples combustible/comburant, ainsi que plusieurs types d'injecteur, sont abordés. Dans toutes les géométries considérées, le calcul des nombres sans dimension permet de prédire correctement des comportements physiques tels que le mode de stabilisation de la flamme, le fait que celle-ci est attachée ou non, etc. Cette partie se termine par l'application pratique des lois de similitude proposées au dimensionnement d'une ex