Une image en coupe du conduit de combustion haute pression. Des fenêtres (à l'extrême gauche et à droite) intégrées à l'appareil permettent de surveiller la combustion des gaz. Crédit :Reproduit avec la permission de la référence 1. Figure 1b © 2018 Elsevier
Comprendre la réponse des flammes de gaz aux perturbations acoustiques à haute pression devrait rendre les turbines de nouvelle génération plus sûres et plus efficaces.
Les soldats marchant au pas sur un pont peuvent provoquer l'effondrement de la structure si le rythme de leur pas correspond à la fréquence de vibration naturelle du pont. Les ingénieurs en combustion doivent tenir compte d'un effet similaire lors de la conception des turbines à gaz utilisées dans la production d'électricité et les moteurs d'avion.
Tout comme les pieds des soldats peuvent faire basculer le pont jusqu'au point de destruction, une turbine à gaz peut être endommagée, ou même exploser, si les variations de chaleur et de pression produites par la flamme se couplent à l'acoustique de la chambre de combustion. A un moindre degré, cette instabilité thermoacoustique nuit à une combustion efficace, augmentation des émissions sonores et polluantes.
Prédire et prévenir les instabilités thermoacoustiques reste un défi pour la conception d'une turbine à gaz. Pour améliorer les modèles utilisés, Deanna Lacoste du Clean Combustion Research Center de KAUST et ses collègues ont mesuré la stabilité des flammes de gaz à pression élevée.
Etude de la réponse de la flamme au forçage acoustique, utilise un paramètre appelé fonction de transfert de flamme (FTF), dit Francesco Di Sabatino, un doctorat étudiant dans l'équipe Lacoste. Le FTF est dérivé de mesures expérimentales de la réponse de la flamme aux ondes sonores. Mais ces expériences sont généralement menées à la pression atmosphérique, alors que les vraies turbines à gaz atteignent des pressions allant jusqu'à 30 bars.
Un haut-parleur génère les ondes sonores qui testent comment la perturbation acoustique affecte la flamme de gaz. Crédit :Reproduit avec la permission de la référence 1. Figure 1a. © 2018 Elsevier
Lacoste, Di Sabatino et leurs collègues ont systématiquement étudié l'effet de la pression sur les flammes de méthane et de propane. "Nos expériences montrent que le FTF à pression atmosphérique est différent du FTF à pression élevée, " dit Di Sabatino. Pour les flammes au méthane et au propane, la pression avait un effet particulièrement fort lorsque le haut-parleur produisait des perturbations acoustiques de 176 Hz.
La taille de la flamme de méthane augmentait avec la pression lorsque la flamme était soumise à une perturbation acoustique de 176 Hz (gauche); pour le propane, la taille de la flamme a culminé à 3 bars de pression. Crédit :Reproduit avec la permission de la référence 1. Modifié à partir des figures 8 et 9 © 2018 Elsevier
