Apparence de la flamme

La Figure 1.6 présente des images de différents niveaux de prémélange pour le carburant 1 avec un ratio H2/CO de 1,3 (45% H2 / 35% CO / 20% CO2). La première image à gauche

montre la flamme de diffusion avec un nombre de Reynolds constant de 1400. La flamme bleue est droite et stable avec très peu d’oscillations.

Figure 1.6 Images de flammes partiellement prémélangées pour un nombre de Reynolds constant de 1 400 (Carburant : 45% H2/35% CO/20% CO2)

La deuxième image à partir de la gauche est pour une richesse de 5,0. L’ajout d’une petite quantité d’air diminue grandement la hauteur visible de la flamme pour un nombre de Reynolds constant. De plus, la séparation entre la flamme prémélangée et la flamme de diffusion commence à apparaître. En effet, même si ce n’est pas clairement visible, un cône interne bleu pâle peut être aperçu environ au tiers de la hauteur de la flamme.

La troisième image à partir de la gauche illustre une flamme dont le niveau de prémélange partiel a été augmenté à une richesse de 2,0. La structure double de la flamme est clairement visible avec un cône intérieur grandement lumineux représentant la zone de la flamme prémélangée. La structure double de la flamme était clairement visible par observation directe à partir d’une richesse de 3,5.

À une richesse de 1,6 (quatrième image), l’émission visible de la flamme prémélangée est encore plus intense tandis que la flamme de diffusion est plus difficile à observer à cause de l’intensité lumineuse du cône interne. Finalement, avec l’atteinte de la stoechiométrie (dernière image de la Figure 1.6), la flamme est bleu pâle et très courte.

La Figure 1.7 illustre l’influence de la quantité de CO2 dans le carburant pour une flamme de

diffusion laminaire ayant un nombre de Reynolds constant de 1 400. Le carburant 2 (10% CO2) présente une flamme bleu foncé près du brûleur avec un contour plus brillant. En se

déplaçant vers l’extrémité de la flamme, celle-ci change lentement vers une couleur orange pâle. Ce changement de couleur peut indiquer une plus grande concentration de CO dégagée lors du processus de combustion causée par une température de flamme plus élevée entraînant une dissociation du CO2 et, par le fait même, une augmentation du CO. Cette

explication semble d’ailleurs être confirmée par la haute concentration de CO mesurée dans les produits de combustion de la flamme, soit un total d’environ 10,5% par volume. Cette température de flamme plus élevée est aussi responsable d’une augmentation de l’influence de la poussée d’Archimède, qui est observée par l’apparition d’une légère oscillation à l’extrémité supérieure de la flamme. Avec l’augmentation de la concentration de CO2 de 10%

(carburant 2) à 20% (carburant 1), la couleur de la flamme devient bleue uniformément et demeure bleue avec l’ajout supplémentaire de CO2. La quantité de CO mesurée pour le

carburant 1 (20% CO2) a diminué à 6% par volume et n’était pas détectée pour le carburant 3

Figure 1.7 Influence de l’addition de CO2 sur la flamme

de diffusion

La Figure 1.8 présente l’effet du rapport H2/CO sur l’apparence de la flamme de diffusion à

une concentration de CO2 constante. Lorsque le ratio est augmenté de 1,3 à 2,2, la flamme

perd sa couleur bleue brillante et devient très pâle. En contraste, lorsque le ratio est diminué de 1,3 à 0,8, la flamme est plus foncée près du brûleur et devient orange vers l’extrémité supérieure de la flamme. La diminution du ratio H2/CO tout en gardant la concentration de

CO2 constante rend aussi la flamme plus instable même si le nombre de Reynolds reste

constant à 1 400. Encore une fois, l’apparition d’une pointe de flamme orange pourrait être associée à l’augmentation de la concentration de CO mesurée dans les produits de combustion au-dessus de la flamme. Ceci est ensuite associé avec une température de flamme plus élevée due à l’augmentation de la concentration d’hydrogène dans le carburant. Les concentrations de CO dans les produits de combustion des flammes de diffusion de la Figure 1.8 ont été mesurées et suivent l’addition d’H2 dans les carburants. En effet, l’analyseur n’a

pas détecté de CO dans les produits de combustion pour le carburant 5 (H2/CO = 2,2) tandis

que 6,5% de CO par volume a été mesuré pour le carburant 4 (H2/CO = 0,8).

Figure 1.8 Influence du rapport H2/CO sur la flamme de diffusion

1.4.4 Hauteur visible de flamme

Les Figures 1.9 et 1.10 présentent l’effet de la variation de la concentration de CO2 et du

rapport H2/CO, respectivement, sur la hauteur visible de la flamme en fonction de la richesse

du mélange. Pour tous les carburants à l’étude, la hauteur de flamme diminue progressivement lorsque le mélange approche la stoechiométrie. La hauteur de flamme ne varie pas en réponse à l’augmentation de la concentration de CO2 ou du rapport H2/CO pour

une richesse inférieure à 3,0. Par contre, la hauteur de flamme est influencée par la composition du carburant pour une richesse supérieure à 3,0. La comparaison des Figures 1.9

et 1.10, pour des richesses supérieures à 3.0, révèle que l’effet du CO2 est plus important sur

la hauteur de flamme que celui du rapport H2/CO. Dans le cas des flammes de diffusion, plus

la concentration de CO2 est faible, plus la hauteur de flamme est élevée puisque l’effet de la

poussée d’Archimède est plus important lorsque la température de flamme augmente. Dans les résultats obtenus, l’influence du ratio H2/CO est moins importante tel qu’observé sur la

Figure 1.10. La tendance mesurée est toutefois très similaire à celle obtenue avec des flammes d’hydrogène/air (Hariharan, Periasamy et Gollahalli, 2007) ou des flammes de méthane/air (Gore et Zhan, 1996; Lyle et al., 1999) pour des richesses inférieures à 3,5. Pour des richesses supérieures, le mélange méthane/air a démontré une hauteur de flamme constante.

Figure 1.10 Influence du rapport H2/CO sur la hauteur de flamme