Academic literature on the topic 'Transfert radiatif Combustion Spectroscopie d'absorption'

La prédiction des concentrations d'espèces polluantes (suies et NOx) rejetées par les systèmes en combustion et l'évaluation de la durée de vie des parois de ce type d'installation passent par une bonne prise en compte des transferts radiatifs dans les outils de simulation de la combustion. Nous avons développé pour cela un code de calculs des transferts radiatifs basé sur la Méthode aux Ordonnées Discrètes et utilisant des maillages non structurés de la CFD. Le rayonnement des gaz de la combustion est pris en compte par un modèle statistique à bandes étroites en k-corrélés. Divers types de quadratures angulaires et trois schémas de dérivation spatiale différents ont été intégrés et sont comparés. Les tests de validations ont permis de montrer les limites aux fortes épaisseurs optiques de l'approximation de type volumes finis faites dans la méthode aux ordonnées discrètes. Les premiers calculs effectués sur des solutions obtenues par LES permettent de déterminer les termes sources radiatifs et les flux incidents aux parois instantanés, ce qui permet d'envisager le couplage avec la combustion, à plus long terme.

La diffusion de l'excitation est un processus qui consiste en une suite de transferts directes se produisant de proche en proche, jusqu'à ce l'énergie soit transférée à un atome qui joue le rôle d'un piège et qui la dissipe de manière non radiative. La diffusion radiative est un processus intervenant dans le cas des transitions résonantes des matériaux optiquement actifs : lorsqu'un centre actif émet un photon celui-ci peut être réabsorbé par un autre centre qui à son tour re-émettra des photons ; le phénomène se répétant de façon incohérente. Dans le cadre de notre travail, nous avons développé une nouvelle technique de mesure du coefficient de réabsorption dans des verres ZBLA dopés Er3+ de concentration 0. 1%, 1%, et 5%. Afin de déterminer le coefficient de réabsorption, nous mesurons le coefficient de visibilité v (contraste) d'un réseau d'excitation. Nous créons une distribution géométrique initiale de population à l'aide de deux faisceaux laser cohérents se croisant dans l'échantillon. L'excitation laser tend à créer une distribution spatiale de population, alors que les phénomènes de réabsorption tendent à homogénéiser la distribution spatiale. La mesure du contraste de l'image créée donne donc directement le résultat de la compétition entre l'excitation localisée et la réabsorption qui délocalise la population. Le coefficient de visibilité varie entre 0. 8 pour les pas de quelques µm jusqu'à 0. 3 pour les pas de 0. 4 µm. La fraction de la lumière piégée a été calculée à partir de l'équation d'Holstein-Biberman. 30 % de lumière reste piégée à l'intérieur d'un échantillon parallélépipédique pour les pas de quelques µm. A 0. 4 µm la présence de la diffusion non radiative n'est pas négligeable. Les effets de surfaces, de volume d'excitation, la dynamique des niveaux 4S3/2 et 4I11/2 et les durées de vie des niveaux 4I11/2 et 4I13/2 sont également étudiés

Dans les plasmas denses et chauds rencontres aussi bien dans les experiences de fusion par confinement inertiel qu'en astrophysique, le transport de l'energie est particulierement domine par le transfert radiatif (flux de rayonnement x). Les modeles decrivant les proprietes radiatives de ces plasmas sont extremement sensibles aux opacites (absorption au rayonnement x) de la matiere. Ce travail est centre autour de l'etude experimentale des proprietes radiatives des plasmas chauds rencontres en interaction laser-matiere, et plus particulierement sur l'etude des opacites. Au max planck institut fur quantenoptik a garching, les coefficients d'absorption de l'aluminium (transitions 1s-2p), du fer (transitions 2p-3d), du samarium (transitions 3d-4f) ont ete mesures dans le domaine du kev a des temperatures electroniques relativement moderees ( 20 ev). Des plasmas dans des conditions homogenes de temperature et de densite, proches de l'equilibre thermodynamique local, ont ete obtenus en utilisant le chauffage radiatif de cavites irradiees par laser. L'analyse de ces mesures a permis de comprendre et d'ameliorer certains codes de calcul de coefficients d'absorption spectrale et d'hydrodynamique radiative. Au luli, les experiences sur le bore (transitions 1s-2p) ont permis de valider la faisabilite de la mesure de la temperature electronique dans un plasma peu chaud (quelques dizaines d'ev).

Ce travail de thèse a été consacré à l'étude du spectre de rotation-vibration de la vapeur d'eau dans des conditions thermodynamiques caractéristiques des flammes d'hydrogène (T>2000 K) pour des pressions comprises entre 2 et 40 bar. La molécule d'eau a été selectionnée comme molécule sonde dans l'objectif de restituer par inversion les profils de température et de concentration de jets chauds comme à l'échappement d'un statoréacteur. Nous avons conçu et réalisé une enceinte de combustion (tube à flamme) afin de valider par l'expérience les paramètres spectroscopiques actuels de H2O à haute pression et haute température. Le système de mesure comprenant un spectromètre à réseau et une caméra matricielle a été caractérisé précisément en modélisant la fonction d'appareil pour la calibration spectrale, et en utilisant un corps noir à température variable pour la calibration radiométrique. Un code de calcul numérique multicouches instationnaire a permis de simuler de façon satisfaisante les profils de pression de la flamme hydrogène-air en fonction du temps après amorçage du processus de combustion. Les profils de température et de fraction molaire de H2O simulés par ce code ont été introduits dans un modèle physique raie par raie basé sur l'équation de transfert radiatif unidimensionnel pour modéliser, à la fin de la combustion (lorsque la flamme s'est propagée sur la longueur du tube); les spectres de H2O dans le domaine spectral 10332-10496 cm-1. Après ajustement spectral de certains paramètres (intensités et positions spectrales), un bon accord entre les spectres calculés et les spectres expérimentaux a été démontré
This dissertation concerns the study of the rovibrational spectrum of water vapour in hydrogen flames for high temperature (T>2000 K) thermodynamic conditions and for pressures between 2 and 40 bar. The water molecule was selected as a probe species to retrieve the distributions of temperature and concentration in hot gases, for example the exhaust gases of a ramjet. We have designed and used as a test bed a combustion chamber (deflagration tube) in order to experimentally validate the current spectroscopic parameters of H2O at high pressure and temperature. The experimental set-up consists of a grating spectrometer and a CCD camera. The instrument has been precisely calibrated both spectrally by its apparatus function and radiometrically using a variable temperature blackbody. A time dependent numerical model has been developed, which simulates reliably the pressure profiles of the hydrogen-air flame after initiation of the combustion process. We have introduced the profiles of temperature and of H2O concentration simulated by this combustion code into a line-by-line radiative transfer model. Then, we have calculated the water vapour spectra in the 10332-10496 cm-1 spectral region, at the end of the combustion process (one way propagation of the flame within the tube). After spectral fitting of some of the spectroscopic parameters a good agreement between calculated and experimental spectra is obtained

Ce travail a été réalisé dans le but de sonder des surfaces solides en utilisant la technique « LIPS » (Spectroscopie de plasmas induits par laser). Le comportement de ce type de plasmas est difficile à simuler étant donné la petitesse des échelles de temps et d'espace considérées. En plus du diagnostic classique de spectroscopie d'émission, nous avons mis en oeuvre une expérience originale d'absorption qui produit des valeurs fiables et de nombreuses informations sur la température et les densités constitutives du plasma. Cette étude, qui couple expérience et théorie dans le cadre de la résolution de l'équation de transfert radiatif, est basée sur la comparaison entre des spectres calculés et expérimentaux des raies à 308.21 et 396.15 nm de l'aluminium. Une attention spéciale a été portée à l'écriture de l'élargissement électronique et ionique par effet Stark et aux effets d'auto-absorption. Un écart important à l'équilibre a été mis en évidence tout au long de la relaxation du plasma. La mesure de la densité de l'état fondamental de l'aluminium, qui est de première importance pour valider un code collisionnel - radiatif consacré à cette situation complexe, a été menée à bien dans une large gamme de pression (5 à 1E5 Pa). La mesure des constantes de temps de relaxation met en évidence le rôle majeur joué par la diffusion dans la relaxation des espèces du plasma.

Ce travail de thèse porte sur l’étude des propriétés radiatives des gaz. Afin de déterminer le coefficient d’absorption monochromatique d’alcanes, d’alcènes et du dioxyde de carbone, deux dispositifs de mesure de la transmission spectrale des gaz ont été mis au point en collaboration avec la société MBDA. A partir des premières mesures, le coefficient d’absorption monochromatique a été calculé pour le méthane, l’éthane, l’éthylène et le propylène pour des pressions de 2 à 50bar et des températures de 300 à 800K. Les secondes ont permis de déterminer celui du dioxyde de carbone à 1bar pour des températures de 300 à 1100K. Des modèles d’évolution du coefficient d’absorption monochromatique en fonction de la température sont proposés pour ces gaz à différentes pressions. A partir de ces modèles ainsi que de mesures de luminance, l’inversion mathématique de l’équation de transfert radiatif d’un milieu semi-transparent homogène et non diffusant a permis de retrouver les profils de température et de concentrations dans un statoréacteur. Une modélisation du rayonnement émis par un nuage de gaz et de particules en expansion issu d’un explosif solide a été mise au point pour le Centre d’Etude de Gramat (DGA). Cette modélisation fait partie d’un projet d’étude du rayonnement émis par un nuage de gaz et de particules en expansion. Des expériences sur des explosions seront réalisées pour vérifier la validité des différents modèles. L’influence des paramètres du modèle est étudiée et des mesures spectrales sur des déflagrations ont permis sa validation
The objective of this thesis is to study the radiative properties of gases. In order to determine the monochromatic absorption coefficient of alkanes, alkenes and carbon dioxide, two measurement systems for the spectral transmission of gases were developed together with the MBDA Company. From the first measurements, the monochromatic absorption coefficient was calculated for methane, ethane, ethylene and propylene for pressures of 2 to 50bar and temperatures of 300 to 800K. Through the second measurements, that of carbon dioxide was determined for 1bar and temperatures of 300 to 1100K. Evolution models for the monochromatic absorption coefficient depending on temperature are presented for those gases at different pressures. From these models and from luminance measures, the mathematical inversion of the radiative transfer equation for a semi-transparent, homogeneous and non-disseminating environment made it possible to define the temperature and concentration profiles in a ramjet. A model of the radiation emitted by an expanding cloud of gas and particles coming from a solid explosive was developed for the research center of Gramat (DGA). This model is part of a research done on the radiation emitted by an expanding cloud of gas and particles. Experiments on explosions will be made to check validity of the different models. The influence of the model parameters was studied and a validation was achieved through spectral measurements on deflagrations

L’étude du transfert radiatif dans les gaz (atmosphères planétaires, chambres de combustion, etc.) se heurte à deux principales difficultés : les hétérogénéités et la dépendance spectrale des propriétés radiatives du milieu d’intérêt. Les travaux présentés dans ce manuscrit proposent, au travers d’une approche statistique du rayonnement, une solution à ces deux limites qui ne nécessite aucune approximation de modèle physique ou numérique. Cette approche conduira au développement d’algorithmes de Monte-Carlo considérés à l’heure actuelle comme méthodes de référence dans la communauté du transfert radiatif. La difficulté liée aux hétérogénéités du milieu participant sera traitée par une technique empruntée à d’autres disciplines de la physique du transport : les algorithmes à collisions nulles. Leur application au rayonnement consiste à ajouter arbitrairement aux évènements d’absorption et de diffusion, un troisième type de collision n’ayant aucun effet sur le transport de photons : les collisions nulles. Ainsi, le coefficient d’extinction résultant de ces trois types de collision pourra être assumé comme homogène. Ensuite, il sera montré comment cette même technique lève un second verrou permettant de repenser de façon statistique l’idée de coefficient d’absorption. Cela ouvrira la voie à des algorithmes de Monte-Carlo qui estiment directement une observable radiative à partir de paramètres de transitions répertoriés dans des bases de données spectroscopiques, sans avoir à précalculer rigoureusement le coefficient d’absorption
Two major challenges are encountered when studying radiative transfer in gases (e.g. combustion chambers or planetary atmospheres): heterogeneity and spectral dependence of radiative properties. The work introduced in this manuscript, addresses this problem through a statistical approach of radiation that requires no model or numerical approximation. This approach leads to the development of Monte-Carlo methods, currently considered as reference solutions in the community of radiative transfer. The difficulty related to heterogeneity is handled by a technique borrowed from other fields of transport physics: null-collision algorithms. Their application to radiation consists in adding to the events of absorption and scattering a third arbitrary type of collision that has no effect on the photon transport. Thus, the extinction coefficient resulting from these three types of collisions can be assumed to be homogeneous. Then, it is shown how this very same technique opens the door to rethinking statistically the concept of absorption coefficient. This leads to Monte-Carlo algorithms that directly estimate radiative observables from transition parameters indexed in molecular spectroscopic databases, without the need of rigorously precomputing absorption coefficients