Expériences de combustion assistée par plasma en écoulement supersonique : optimisation de la position du plasma par rapport à l'injecteur de carburant

Auteurs: 

K.V. Savelkin, D.A. Yarantsev (Russian Academy of Sciences)
S.B. Leonov (Russian Academy of Sciences) (University of Notre Dame)

L’article présente les résultats d’une étude expérimentale d’allumage et de stabilisation de flamme d’éthylène par plasma dans une chambre de combustion supersonique. Les paramètres de l’écoulement sont : nombre de Mach M=2, pression statique Pst=160-250 Torr, température d’arrêt T0=300 K, débit d’air total Gair≤0.9 kg/s. Le carburant est directement injecté dans l’écoulement via des trous dans les parois. La décharge électrique continue est générée à proximité de paroi à l’aide d’électrodes encapsulées permettant de déposer électriquement une puissance de Wpl=3-24 kW. La technique TDLAS  (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) est utilisée pour mesurer la température et la concentration en H2O. Le but de l’expérience est l’étude de l’interaction de la décharge avec l’écoulement et l’injection de carburant dans trois configurations de source plasma. Les deux premières configurations correspondent respectivement à une position aval et amont du générateur plasma comparé à l’injection de carburant, et la troisième correspond à une distribution originale répartie du plasma tout le long du jet de carburant, qui est due à l’entraînement par convection fluide. Dans cette dernière configuration le filament plasma se situe dans la couche de mélange air/carburant, et une stabilisation de la flamme a pu être obtenue dans une large gamme de débits de carburant. L’importance critique de la géométrie de la chambre de combustion et du plasma, ainsi que de paramètres clés tels que la puissance électrique totale (Wpl> 10 kW) et le débit massique de carburant (GC2H4>1 g/s) a été démontrée. La nouvelle configuration a ainsi permis de repousser de manière significatives les limites d’accrochement de flamme comparées aux deux premières configurations, ce qui peut avoir un impact particulièrement important dans les applications de combustion en écoulement rapide, comme lors de démarrage à froid / redémarrage de scramjet ou, dans les scramjets à deux modes, pour la transition de régime / opération en régime non nominal.

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