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Spécial “ Acoustics’08 ” - Part II
67
Acoustique
&
Techniques n° 54-55
Influence des conditions aux limites acoustiques sur le bruit de combustion en configuration confinée
de la zone de combustion afin de corréler le signal de
pression avec le signal recueilli par le photomultiplicateur.
Dans cette région les oscillations de la pression peuvent
être considérées comme étant presque uniformes, car
la flamme est petite comparée à la longueur d’onde des
ondes acoustiques étudiées (hypothèse de compacité).
Les acquisitions sont réalisées pendant 16 s, à une
fréquence d’échantillonnage fs=16 384 Hz afin d’assurer
la convergence statistique des opérateurs d’analyse
spectrale. La condition amont est une plaque perforée
de 1 mm d’épaisseur, munie d’une cavité amont dont
la profondeur L est contrôlée par un piston et peut être
modifiée de 0 à 50 cm. L’air pénètre dans cette cavité
par la tête du piston et passe à travers les trous de
diamètre a de la plaque avec une vitesse d’écoulement
U. Ces ouvertures sont espacées d’une distance d (Figure
1), induisant une porosité de 5%. Ce système complet
permet le contrôle de la condition acoustique en entrée
du brûleur dans la gamme des basses fréquences (100 à
1 000 Hz) [7]. Des précisions sont apportées dans la suite,
sur la conception de ce système de contrôle d’impédance
et ses performances.
Sélection des points de fonctionnement
La combustion est essentiellement contrôlée par trois
paramètres : la richesse
f
, l’étagement
a
et le débit
d’air total Q
a,t
. L’étude systématique des points de
fonctionnement a prouvé que la richesse peut varier entre
0,7 et 0,95 tandis que l’étagement peut varier entre 10
et 55%. L’influence de la richesse et de l’étagement a
été étudiée par Dioc dans sa thèse [8]. Les fluctuations
de pression sont enregistrées dans la chambre (M5) et
la densité spectrale de puissance (PSD) est tracée pour
chaque condition expérimentale (i.e. pour chaque couple
de valeurs de la richesse et de l’étagement). L’intérêt de
cette démarche dans l’étude de bruit, est de déterminer
les points de fonctionnement où l’instabilité est la moins
prononcée (i.e. où le maximum de la PSD est au minimum).
Les valeurs maximales de la PSD pour différentes
valeurs de la richesse et de l’étagement sont indiquées
Figure 3. Trois points de fonctionnement intéressants
ont été identifiés. Le premier point est obtenu pour une
richesse de 0,75 et un étagement de 30% (Point A). Ce
point correspond à un minimum local où l’amplitude de
la PSD varie lentement quand l’étagement augmente. Le
deuxième point est obtenu pour un étagement de 50%
et une richesse égale à 0,9 (Point B). Un troisième point
intermédiaire, correspondant à un point de fonctionnement
exploité par Dioc [8], a également été sélectionné afin de
permettre la comparaison. Il correspond à une richesse
égale à 0,8 et un étagement de 40% (point C).
Influence du débit d’air total
Les conditions de fonctionnement précédentes (points A,
B et C) sont obtenues pour un débit d’air total constant de
40 Nm
3
h
-1
, les deux étages sont identiquement alimentés
en air. Pour analyser l’influence de ce paramètre sur le
maximum de la PSD, le débit d’air total a été varié
de 20 à 53 Nm
3
h
-1
. Pour les différents points de
fonctionnement A, B et C, le maximum de la PSD
est minimal, pour un débit d’air total égal à 35
Nm
3
h
-1
. La figure 4 montre l’évolution du maximum
de la PSD pour le point de fonctionnement C pour
les microphones M2 et M5 (richesse
f
= 0.8
et étagement
a
= 0,4). Finalement les régimes
appropriés pour l’étude du bruit de combustion
correspondent à une injection d'air de 17,5 Nm
3
h
-1
sur chaque étage (soit 35 Nm
3
h
-1
au total) et
1,15 Nm
3
h
-1
injecté axialement. Cette injection
axiale a deux objectifs : elle permet tout d’abord
de prévenir un retour de flamme dans l’injecteur
[8]. Cette très faible injection axiale ( 2,5% du
débit total) a pour second objectif d’augmenter
le pouvoir absorbant du système de contrôle,
comme démontré dans [7]. L’injection de propane
dans chaque étage dépend de la richesse et
de l’étagement. Les points de fonctionnement
sont résumés dans le tableau 1. Par la suite,
Fig. 3 : Evolution de la densité spectrale de puissance (PSD)
en fonction de la richesse et de l’étagement
Evolution of the Power Spectral Density (PSD)
with fuel equivalence ratio and staging ratio
Fig. 4 : Evolution de la PSD en fonction du débit
d’air total, pour le point de fonctionnement C
(richesse
f
=0,8 et étagement
a
=0,4)
Evolution of the PSD with total air flow rate
for point C (
f
=0,8 and
a
=0,4)