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Les instabilités de combustion apparaissant dans les systèmes aérobies de type turbomachine résultent d'un couplage aéro-thermo-acoustique et provoquent une usure accrue des pièces constituantes du foyer.Dans le contexte de la compréhension physique des phénomènes de couplage impliqués dans l'apparition, le maintien voire l'encouragement de ces instabilités de combustion, on analyse l'incidence d'une injection instationnaire de carburant sur le processus de combustion. Une installation expérimentale a été conçue dans ce but à l'ONERA Centre de Toulouse. La modulation générée par la pression acoustique sur l'injection est modélisée en pulsant à volonté chaque débit (gaz et liquide) en amont d'un injecteur de type aérodynamique, ceci au moyen d'actionneurs. Les expériences sont réalisées en jet libre aux conditions standards pour une caractérisation du brouillard en non-réactif, et en milieu confiné à une température de 500 K pour les essais en combustion. Ce travail de thèse met d'abord en place le contexte industriel qui justifie le programme d'essais réalisés. Ensuite l'aspect technique est abordé : le banc est décrit en détail, ainsi que les techniques de mesures conditionnées afin de discerner diverses quantités cycliques. Enfin, la caractérisation du brouillard injecté en régime pulsatoire forcé est réalisé, en non-réactif et en combustion. Les résultats mettent en avant l'importance d'une modulation du débit d'air à l'injection, et de ses effets sur le champ aérodynamique de la chambre et sur le transport du mélange air/carburant fortement lié au nombre de Stokes des gouttes. Recent advances in aeroengine design tend to diminish the thrust to weight ratio and to ameliorate the combustion efficiency, taking into account the optimisation of both pollutant emissions and noise level. Due to higher pressure and temperature ranges in the combustion chamber, instability processes exerted by aero-acoustic-combustion couplings may appear occasionally. Although such phenomena occurring in turboengines are investigated since the 80's, the ONERA Centre de Toulouse took the initiative to develop an experimental set-up in order to investigate the 2-phase flow issued from an air-blast atomiser driven by combustion instability processes, under non-reacting and reacting conditions. The modulation exerted by the acoustic pressure on the injection is experimentally simulated by pulsating the entries (air and fuel with specific actuators) placed upstream the injector. The present PhD thesis reviews the characterisation of the spray generated by a modelled air-blast injector with forced entries, under non-reacting conditions and in the combustion case. First the general context of the study is discussed, leading to the technical choices made for the set-up. The measurement techniques developed in order to follow high-frequency phenomena involved in the spray are defined and validated. Free and confined jet configurations are compared. The analysis focuses on the dynamics of the pulse swirled jet and the effect on the transported phase under non-reacting conditions. The observations in combustion lead to the highlighting of both voitical motion and convective effects Within the mixture transportation on the location and shape of the flame front. |
