Étude expérimentale des propriétés fondamentales de la combustion de l'hydrogène pour des applications de propulsion
En vue d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2050, l Union européenne envisage l'hydrogène comme un vecteur énergétique prometteur afin de réduire la consommation des ressources fossiles. Alors que les piles à combustible et les véhicules électriques occupent déjà une place importan...
Enregistré dans:
| Hovedforfatter: | |
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| Andre forfattere: | , , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Sprog: | Français |
| Udgivet: |
2025.
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| Fag: | |
| Online adgang: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1001_va.pdf http://www.theses.fr/2025ORLE1001/abes https://theses.hal.science/tel-04994331 |
| Kommentar: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Pascale Domingo (Président du jury) ; Pierre Brequigny, Sebastian Verhelst (Membre(s) du jury) ; Guillaume Vanhove, Thierry Schuller (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Experimental study of hydrogen combustion fundamental properties for propulsion applications |
| Summary: | En vue d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2050, l Union européenne envisage l'hydrogène comme un vecteur énergétique prometteur afin de réduire la consommation des ressources fossiles. Alors que les piles à combustible et les véhicules électriques occupent déjà une place importante dans la décarbonation du secteur des transports, l'hydrogène est également considéré comme une alternative aux carburants conventionnels pour les véhicules lourds. Toutefois, de nombreux obstacles liés aux propriétés physico-chimiques ainsi qu à la combustion pauvre en hydrogène sont encore à l étude : apparition de phénomènes de combustion anormale, production d'oxydes d'azote, instabilités dues aux effets thermodiffusifs. Cette thèse contribue à la compréhension du processus d auto-inflammation des mélanges pauvres hydrogène/air ainsi qu au phénomène de propagation des flammes prémélangées laminaires et turbulentes. Dans une première partie, des mesures de délais d auto-inflammation hydrogène/air et hydrogène/air/oxydes d azote sont réalisées à l aide d une machine à compression rapide afin de revisiter et valider un mécanisme cinétique dans des conditions similaires à celles rencontrées dans un moteur à allumage commandé. Dans une deuxième partie, des flammes laminaires prémélangées en expansion sont étudiées au sein d une chambre de combustion sphérique à volume constant, en faisant varier la température initiale ainsi que la dilution à la vapeur d eau et en considérant les instabilités intrinsèques liées aux propriétés physico-chimiques de l hydrogène : instabilités thermodiffusives, hydrodynamiques et liées à la pesanteur. Dans une dernière partie,des flammes turbulentes prémélangées en expansion sont caractérisées par génération d une turbulence homogène et isotrope au sein d une chambre sphérique. Une étude paramétrique est réalisée par rapport à un cas de référence en faisant varier l intensité turbulente, la pression initiale et la richesse. Finalement, une corrélation turbulente est proposée afin de décrire la propagation de ces flammes et en vue d être utilisée dans des modèles numériques. In order to reach carbon neutrality by 2050, the European Union is considering hydrogen as a promising energy carrier to reduce reliance on fossil fuels. While fuel cells and electric vehicles already play an important role in decarbonizing the transport sector, hydrogen is also seen as an alternative to conventional fuels for heavy-duty vehicles. Yet, a number of challenges linked to the physico-chemical properties of lean hydrogen combustion are still under investigation: abnormal combustion phenomena, production of nitrogen oxides,instabilities due to thermodiffusive effects, to state a few. This thesis contributes to the understanding of the auto-ignition process in lean hydrogen/air mixtures, as well as the propagation of laminar and turbulent premixed flames. First, measurements of hydrogen/air and hydrogen/air/nitrogen oxides ignition delay times are carried out using a rapid compression machine, to update and validate a kinetic mechanism under spark ignition engine-like conditions. Second, outwardly propagating spherical premixed laminar flames were studiedin a constant-volume combustion chamber, varying the initial temperature and steam dilution, and considering the intrinsic instabilities linked to the physico-chemical properties of hydrogen namely thermodiffusive,hydrodynamic and gravity-related instabilities. Then, expanding premixed turbulent flames are characterized by the generation of a homogeneous and isotropic turbulence zone within a spherical chamber. A parametric study is conducted by varying turbulent intensity, initial pressure and equivalence ratio. Finally, a turbulent correlation is proposed to describe the turbulent propagation of such flames, for use in numerical models. |
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| Emne beskrivelse: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Pascale Domingo (Président du jury) ; Pierre Brequigny, Sebastian Verhelst (Membre(s) du jury) ; Guillaume Vanhove, Thierry Schuller (Rapporteur(s)) |
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