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International audience; Dans le cadre de la conception des turbomachines aéronautiques, l’un des principaux enjeux des motoristes est de réduire la consommation et les émissions polluantes tout en améliorant le rendement propulsif. Pour répondre à ce double objectif, le régime de combustion correspond souvent à des flammes diphasiques turbulentes non pré-mélangées. Le carburant liquide est introduit dans la chambre de combustion où il est atomisé pour faciliter son évaporation et sa combustion. La connaissance des caractéristiques du brouillard ainsi formé (granulométrie, vitesse des phases liquide et gazeuse, concentration et flux volumique) est essentielle pour la compréhension des phénomènes d’allumage et de combustion. Les outils de simulation numérique développés s’appuient sur des conditions aux limites obtenues par des mesures réalisées sur des bancs d’essais dédiés à l’étude des injecteurs. Cet article s’intéresse spécifiquement aux techniques de granulométrie mises en place dans ce contexte. La Phase Doppler Anemometry (PDA) est une technique de référence qui assure des mesures ponctuelles de vitesse et diamètre des gouttes. Elle reste très consommatrice en temps. Pour cartographier efficacement des sections entières du brouillard, il convient de s’orienter vers des mesures de champ par imagerie quantitative.La technique Planar Droplet Sizing (PDS) consiste à éclairer une section du brouillard par une nappe laser et à calculer un rapport d’intensités entre une image de fluorescence approximativement proportionnelle au volume des gouttes et une image de diffusion censée être proportionnelle à la surface des gouttes. Ce ratio est généralement considéré comme étant proportionnel au Diamètre Moyen de Sauter de la distribution granulométrique. Pour que ces proportionnalités soient respectées, il faut d’une part optimiser la nature et la concentration du fluorophore ajouté au liquide atomisé. D’autre part, des configurations géométriques et optiques de prise de vue doivent être respectées pour assurer l’exploitation quantitative des images de diffusion. Dans ces conditions, une analyse à partir de la théorie de Mie, de la relation entre le diamètre des gouttes et l’intensité qu’elles diffusent montre que cette intensité n’est pas proportionnelle au carré du diamètre des gouttes. La grandeur retournée par ce rapport d’intensités n’est donc pas homogène à un diamètre mais à un diamètre à la puissance 1.3. Ces résultats issus de considérations théoriques sont confirmés par l’analyse des mesures PDA réalisées pour servir de référence. Une méthode d’étalonnage absolu des cartographies de diamètre obtenues par PDS est proposée, à partir des mesures PDA associées en certains points du spray.

International audience; Combustion instability results from a coupling between acoustic and heat release fluctuations. From the analysis of published works by various research teams including ONERA, this paper describes the coupling lines involved, the model used to describe it and the methods developed to predict the thermo-acoustic risks. The application is focused on the liquid-fueled aero engine specificities. Recent results obtained at ONERA on the influence of the liquid flow behavior on these couplings are described and compared with LES results.; Les instabilités de combustion résultent d’un couplage entre des fluctuations de pression ou de vitesse acoustique et des fluctuations de dégagement de chaleur. A partir de l’analyse de travaux publiés par différentes équipes de recherche y compris l’ONERA, ce papier décrit les mécanismes de couplage, les modèles utilisés pour les décrire et les méthodes développées pour prévoir leur apparition. Cette analyse se focalise sur les spécificités liées aux chambres de combustion aéronautique fonctionnant avec un carburant liquide. Des résultats récents obtenus à l’ONERA sur l’influence du comportement de la phase liquide dans ce couplage sont décrits et comparés avec des résultats de simulation numérique utilisant une approche de type « LES ».

The aim of this paper is to provide an overview of the ONERA test facilities devoted to the study of combustion in gas turbine engines. The objectives of the experimental studies performed with these test rigs are very ambitious and extend from building databases for the validation of codes and models used in numerical simulation to applied research for evaluating the performance of advanced aero injection systems in mono-sector, multi-sector or full annular combustion chambers. For more than ten years, aside from standard measurements (i.e., pressure, temperature, mass flow rates, gas analysis sampling), optical diagnostics have been widely associated with the test campaigns carried out in these rigs. Many optical methods are now very commonly used to measure for instance flow velocity fields, size and velocity of droplets, and the location of combustion zones. Other methods that are more difficult to implement, or still under development, are being increasingly used or proposed for measuring physical or chemical parameters, such as temperature, size of soot particles or concentration of combustion products. Examples of the results obtained with the ONERA test facilities and optical diagnostics are given, in order to illustrate the studies presented in this paper., AerospaceLab Journal, Issue 11, June 2016; ISSN: 2107-6596

International audience; L’optimisation des chambres de combustion est en partie réalisée à l’aide de simulations numériques qui nécessitent de définir les conditions aux limites du brouillard d'injection. Pour ce faire ; une caractérisation expérimentale par Anémogranulométrie Phase Doppler (PDA) est généralement menée. Cependant ; la mise en oeuvre de cette technique nécessite un maillage de points de mesure très fin qui entraîne un coût d'essais important et la mesure des flux volumiques qui peut en être déduite reste très qualitative. Pour caractériser de manière globale tout un plan de l'écoulement ; différentes méthodes optiques de champs sont étudiées. Les résultats présentés dans cet article concernent la vélocimétrie par PIV sur les deux phases en présence dont l'application reste complexe. L'accent est mis sur la précision de la mesure : des comparaisons sont effectuées avec une base de données complète obtenue à l’aide du PDA et l'analyse est confrontée aux modèles de l'optique physique par la mise en oeuvre d'outils de simulation.

Flow dynamics research is involved in all branches of science and technology: civil and chemical engineering, the automotive industry, energy, etc. Flow dynamics are even more central to aeronautics technology because they provide air lift to planes (non-reacting flow dynamics) as well as the moving impetus through combustion (reacting flow dynamics). The great challenges of flow dynamics require the validation of physical models with relevant lengths ranges spanning a dozen of orders of magnitude, from a few Angstroms, at which atoms and molecules collide and bond (particularly in combustion), to a meter range (the size of a combustion chamber or a wing). Thanks to their non-invasive character, their spectrocopic and imaging possibilities, optical diagnostics are unsurpassed for addressing this enormous challenge., Journal Aerospace Lab, Issue 1, December 2009; ISSN: 2107-6596

The objective of this paper is to present recent advances at Onera in the spray diagnostic and simulation fields. In the context of the reduction of engine pollutant emissions, the optimization of fuel spray injection represents phenomena of great fundamental and practical interest and is an important feature in the design of new prototypes of turbojet injection devices. The physics of spray formation, transport, evaporation and combustion are not completely understood and the models must be improved to make better predictions of air fuel mixing inside combustion chambers. Onera, in cooperation with CNRS, has developed new optical diagnostics to obtain more detailed validation databases for validating numerical approaches. New techniques are presented for characterizing the dispersed liquid phase in sprays in terms of droplet temperature, size and velocity. During the last few years, important work has been done on measuring the mean and local droplet temperature, by coupling Standard Rainbow Refractometry (SRR) and Laser Induced Fluorescence (LIF) for a monodisperse droplet stream [8]. Local characterizations of the discrete phase inside a polydisperse spray have also been carried out by the simultaneous use of the Global Rainbow Refractometry (GRR) method and the well known Phase Doppler Anemometry (PDA) technique. This paper describes the principle of these techniques and the different levels of application from basic configurations involving monodisperse droplet streams to polydisperse sprays in a high pressure and temperature environment. Experimental results are compared with the numerical ones for some simple configurations., Journal Aerospace Lab, Issue 1, December 2009; ISSN: 2107-6596