Evolution des rayons de flamme

Les Figures III.4, III.5 et III.6 présentent respectivement les évolutions temporelles des fronts de flamme des mélanges stœchiométriques p-cymène/air,  -pinène/air et limonène/air à 453 K. Les gaz brulés sont à l’intérieur du cercle rouge et les gaz frais à l’extérieur. Il apparait clairement à la lecture de ces trois Figures que les vitesses de propagation des flammes -pinène/air et limonène/air sont très proches, étant donnée la forte similitude entre la progression du front de flamme pour les deux carburants aux mêmes temps. En revanche, les vitesses des mélanges p-cymène/air seront inférieures, car pour atteindre une progression similaire à celle de l’-pinène ou du limonène il faut un temps nettement plus élevé.

0,8 ms

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t t12,8 ms t15,8 ms

Figure III.4. Evolution temporelle du front de flamme d’un mélange p-cymène/air (T 453K,  1, 10000 images/s).

1,5 ms

t  t3, 0 ms t4,5 ms

6, 0 ms

t t7,5 ms t8,9 ms

Figure III.5. Evolution temporelle du front de flamme d’un mélange -pinène/air (T 453K,  1, 10000 images/s).

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t t3.0 ms t4.5 ms

6.0 ms

t t7.5 ms t8.9 ms

Figure III.6. Evolution temporelle du front de flamme d’un mélange limonène/air (T 453K,  1, 10000 images/s).

Les évolutions temporelles du rayon de flamme de mélanges stœchiométriques

p-cymène/air sont présentées sur la Figure III.7 pour différentes températures. Cette

Figure indique qu’il existe une relation linéaire entre le rayon de flamme et le temps dans les conditions stœchiométriques à différentes températures pour le p-cymène. Cette tendance sera la même pour les trois combustibles étudiés. Les pentes des courbes rayon-temps augmentent avec la température, illustrant ainsi l’augmentation de la vitesse de propagation.

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Figure III.7. Evolution temporelle du rayon de flamme pour  1 et différentes températures de mélanges p-cymène/air.

De la même manière, les Figures III.8 et III.9 présentent les évolutions des rayons de flamme des mélanges stœchiométriques -pinène/air et limonène/air à différentes températures. Les évolutions sont similaires à celles obtenues pour le p-cymène, à savoir que le rayon évolue linéairement en fonction du temps et que les pentes des droites rayon-temps augmentent avec la température. Remarquons ici les similitudes de comportement entre l’-pinène et le limonène, comme cela a déjà été noté à la lecture des images obtenues par la technique d’ombroscopie. On s’aperçoit néanmoins que les pentes des droites rayon-temps du limonène sont légèrement supérieures à celles de l’-pinène pour les différentes températures, alors que celles du

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Figure III.8. Evolution temporelle du rayon de flamme pour  1 et différentes températures de mélanges -pinène/air.

Figure III.9. Evolution temporelle du rayon de flamme pour  1 et différentes températures de mélanges limonène/air.

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Dans le Chapitre précédent, nous avons montré que l’émission maximale de COV par des aiguilles de Thymus vulgaris se situe autour de 453 K. A cette température, la Figure III.10 illustre l’effet de la richesse sur les évolutions temporelles du rayon de flamme de mélanges p-cymène/air et les Figures III.11 et III.12 illustrent l’effet de ce même paramètre pour les rayons de flamme de prémélange -pinène/air et limonène/air respectivement.

Les résultats des Figures III.11 et III.12 montrent que pour les mélanges pauvres en -pinène et limonène, le rayon de flamme augmente lentement durant une phase initiale, et plus rapidement au cours de la dernière phase de propagation. L’évolution globale du rayon de flamme pour la richesse 0,7 est plus lente pour le mélange  -pinène/air que pour celui limonène/air. Pour les mélanges stœchiométriques et riches, on observe une tendance linéaire avec un coefficient de détermination supérieur à 0,999. Notons que pour la richesse 1,4 la pente pour l’-pinène est supérieure de 5 % à celle du limonène. On constate ici encore une grande similitude de comportement entre l’ -pinène et le limonène. Il apparait clairement en revanche sur la Figure III.10 que le p-cymène a un comportement différent. Tout d’abord, l’évolution du rayon en fonction du temps est fortement linéaire, y compris pour les mélanges pauvres, où les droites de régression ont un coefficient de détermination R supérieur à ² 0, 999. Ensuite, la pente pour les mélanges pauvres est nettement plus faible que pour les mélanges riches, ce qui n’est pas le cas pour les deux autres carburants ; l’écart entre une pente moyenne  -pinène/limonène et celle obtenue pour le p-cymène pour une richesse de 0,7 est de l’ordre de 60 %.

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Figure III.10. Evolution temporelle du rayon de flamme à T 453 K et pour différentes richesses de mélanges p-cymène/air.

Notons ici les travaux de Daly et al. (2001) et de Tahtouh et al. (2009b). Daly et ses coauteurs ont étudié les vitesses de combustion des mélanges diméthyléther/air. Ils présentent l’évolution du rayon de flamme en fonction du temps pour deux richesses, un mélange stœchiométrique et un mélange riche. L’évolution fortement linéaire du rayon est en accord avec nos résultats ainsi qu’une pente plus élevée à la stœchiométrie que pour un mélange riche. Dans le travail de Tahtouh et al. (2009b), on trouve l’évolution temporelle du rayon de flamme de mélanges méthane/air pour 3 richesses : 0,6 ; 1 et 1,3. Ils ont constaté une tendance opposée à celle de l’-pinène et du limonène : pour les mélanges pauvres et stœchiométriques, une évolution linéaire est observée et pour les mélanges riches le rayon de flamme augmente lentement dans une première phase et plus rapidement dans la dernière phase de propagation de la flamme.

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Figure III.11. Evolution temporelle du rayon de flamme à T 453 K et pour différentes richesses de mélanges -pinène/air.

Figure III.12. Evolution temporelle du rayon de flamme à T 453 K et pour différentes richesses de mélanges limonène/air.

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