II Flammes d'impact
II-1 Introduction
Les flammes non prémélangées sont des
flammes où les gaz (combustible et comburant) sont amenés par des
conduites séparées et où la combustion se produit des le
premier point de contact. C'est le cas d'un briquet par exemple, par opposition
à un bec de gaz, où la flamme est stabilisée après
le mélange. C'est aussi le cas de la combustion dans la chambre
principale d'un turboréacteur où la combustion se produit sous la
forme d'une flamme turbulente non prémélangée. C'est aussi
le cas dans les brûleurs industriels et les moteurs Diesel.
L'étude de ces flammes doit permettre de prévoir
leurs longueurs, leurs domaines de fonctionnement (correcte) et la composition
des gaz brûlés. Comme tout problème où intervient la
turbulence, il n'est pas simple.
II-2 Flamme d'impact
Les jets de flammes d'impact ont été
intensivement étudiés en raison de leur importance dans les
applications en éventail. La Fig. (II.1) montre une flamme d'impact
normale à une plaque. Des études ont été fait pour
estimer la quantité de chaleur dégagée par la combustion,
avec de l'oxygène pur, pour augmenter le chauffage du métal et le
taux de fusion [30].
Des flammes de jet d'impact à haute intensité
ont été employées ces dernières années pour
produire le crêpage (coating) synthétique du diamant, par la
déposition chimique en phase vapeur. Des flammes
à hautes vitesses impactant sur les éléments
structurés ont été employées pour simuler à
grande échelle le feu provoqué par la rupture de tuyauterie dans
l'industrie chimique. La plupart des recherches antérieures
s'intéressent à la combustion air/carburant.
Dans ces flammes à faible intensité, le
mécanisme prédominant dans le transfert de chaleur est la
convection forcée. Beaucoup de travaux prennent en compte la combustion
des combustibles avec de l'oxygène pur. Ces flammes, à haute
intensité, produisent des quantités significatives
d'espèces dissociées (H, O, OH,...) et de carburant non
brûlé (CO, H2, etc.). Ces gaz réactifs
impactent sur une surface relativement à basse température. Ces
espèces exothermiques se combinent pour produire le CO2 et le OH, qui
sont thermodynamiquement plus stable à basses températures
[31].
Figure II-1 : Flamme impactant normalement
à une paroi.
II.3 Configurations
La configuration indique l'orientation relative des deux jets
par rapport à la verticale. C'est habituellement la considération
la plus importante pour le concepteur ou le chercheur. Les configurations
géométriques que l'on peut citer sont :
(1) Deux où plusieurs jets de diffusion parallèles
impactant sur une plaque.
(2) Jets à contre courant où le point d'impact se
situe entre les deux jets.
(3) Jets de diffusion inclinés par rapport à la
verticale impactant.
(4) Jets inclinés impactant sur une surface plane.
II-3-1 Flamme normale à un cylindre transversal
à l'écoulement
Dans cette configuration, (représentée sur la
fig. II-2) l'axe du cylindre est perpendiculaire à l'axe du
brûleur. Cette configuration a été largement
étudiée. Elle s'applique aux processus industriels comme le
chauffage autour des billes métalliques et dans le feu impactant sur des
tubes dans les usines chimiques. Une partie des études récentes
ont été effectuées concernant l'impact sur les cylindres
réfractaires [32].
Figure II-2 : Flamme impactant normalement
à un cylindre transversal au sens de l'écoulement.
Le flux local de la chaleur est mesuré en amont du
point d'arrêt. Dans de nombreuses études, le tube est refroidi
avec de l'eau. Le flux moyen de la chaleur a été calculé
à partir de l'énergie de l'eau de refroidissement [34].
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