Simulation haute-fidélité d'une configuration simplifiée de pré-mélangeur de turbine à gaz : auto-allumage et stabilisation de flamme

Grâce à leur efficacité énergétique et leur flexibilité, les turbines à gaz contribueront à la transition vers une production d’énergie décarbonée et complémenteront les énergies renouvelables. Dans le but de réduire leurs émissions polluantes, notamment les oxydes d’azote, certaines turbines à gaz utilisent un pré-mélangeur permettant le mélange du carburant et de l’air en amont de la chambre de combustion. Aux conditions d’opération de la turbine à gaz, le mélange avec certains combustibles alternatifs peut s’autoallumer et une flamme peut se stabiliser dans le pré-mélangeur et ainsi l'endommager. Dans ce cadre-là, la simulation numérique de combustion en écoulement turbulent, et en particulier la simulation numérique directe (SND), permet d'obtenir précisément des détails à petites échelles sur l'interaction entre la turbulence et la combustion qui ne peuvent pas être mesurés expérimentalement. Des SND existent dans des configurations simples pour étudier les aspects fondamentaux de ces interactions, mais aucune ne concerne des configurations complexes et représentatives d’un pré-mélangeur. Ainsi, des SND de l'autoallumage dans un tel système sont présentées. Les résultats montrent que l'auto-allumage est retardé par la turbulence, mais lorsque les flammes se forment, la turbulence facilite leur stabilisation. Des flammes prémélangées et des flammes non prémélangées sont observées simultanément et leur mode de propagation, par auto-allumage ou diffusion, est analysé.