Experimental Study of Hydrodynamic Effects of Nanosecond Repetitive Pulsed (NRP) Discharges in Plasma-Flame Interaction
Etude expérimentale des effets hydrodynamiques des décharges nanosecondes répétitives pulsées (NRP) dans l'interaction plasma-flamme
Résumé
Different phenomena are involved in plasma-assisted ignition/combustion and result in a complex interaction of physico-chemical and hydrodynamic processes. However, in the literature, the influence of the hydrodynamic effects is often neglected and most of studies support chemical and thermal effects as the main mechanisms of interaction. The aim of this experimental study is to highlight the role of the hydrodynamic effects of NRP discharges for a better comprehension of the main mechanisms involved in plasma-flame interaction. PIV is performed to characterize the airflow and study plasma-inert flow interaction. This approach enabled highlight hydrodynamic effects of NRP discharges, namely a shock wave (1-30 μs) and a hot kernel (30-500μs). A constant volume combustion chamber is then used in reactive case to conduct single shot experiments of methane-air mixture ignition by NRP discharges in laminar and turbulent configurations. Simultaneous PLIF and chemiluminescence respectively on OH and OH* radicals are performed. An analysis based on apparent flame velocity of the reactive front is conducted in order to understand the ignition process as well as the observed flame front wrinkling as the number of discharges pulses is increased.
L’interaction plasma-flamme résulte d’une interaction complexe entre processus physico-chimiques et hydrodynamiques. Toutefois, dans la littérature, l’influence des effets hydrodynamiques est souvent négligée au profit des effets thermiques et chimiques. L’objectif de nos travaux est de mettre en évidence expérimentalement le rôle des effets hydrodynamiques des décharges NRP dans l’interaction plasma-flamme. La PIV est d’abord mise en oeuvre pour caractériser l’écoulement d’air et étudier l’interaction plasma-écoulement inerte. Cette démarche a permis de mettre en évidence les effets hydrodynamiques des décharges NRP, caractérisés par une onde de choc (1-30 μs) et un noyau chaud (30-500 μs). Ensuite, une chambre de combustion à volume constant est utilisée pour réaliser des expériences d’allumage par décharges NRP de mélange méthane-air en régimes laminaire et turbulent. Nous avons effectué simultanément la PLIF OH et la chimiluminescence OH*. Une analyse basée sur la vitesse apparente du front réactif est conduite afin de comprendre le mécanisme d’allumage et le plissement du front de flamme à mesure que le nombre de décharges augmente.
Origine : Version validée par le jury (STAR)