A Qualitative Study by Laser Tomography of the Structure of Turbulent Flames

Abstract

The study of the structure of turbulent flames, the basis of which is summarized in the first part of this article, requires numerous experimental results. To do so, we made an experimental study, of which we present only a qualitative aspect in the second part of this article. These experimental proceedings used a tomographic laser method which enabled us to visualize local and instantaneous isothermal lines within seeded premixed or diffusion flames obtained by means of a bunsen burner. To establish the influence of the turbulence on the structure of the flame, we used different speeds up to 8 m/s.

In the case of premixed flames we are able to show

- the existence of wrinkled flame at lower speeds and the combustion with pockets at higher speeds;

- through seeding the flame with two tracers, we are able to establish the narrowness of the preheat zone.

In the diffusion flame we have shown:

- the weaker action of the turbulence on the flame front as compared to that of premixed flame at identical speed;

- the noticeable thickness of the heat-diffusion zone;

- the severe effect of a weak turbulence on instantaneous flamelets: their thickness is greatly decreased where stretch occurs, and pockets seem to be easily created.

Re´sume´

L'étude de la structure des flammes turbulentes, dont nous rappelons les fondements dans la premiere partie de l'article, nécessite de nombreuses informations expérimentales. Dans ce but, nous avons réalisé une étude expérimentale dont l'aspect qualitatif est présenté dans la seconde partie. Cette étude utilise une méthode de tomographie laser permettant de visualiser les lignes isothermes locales et instantanées dans des flammes prémélangées ou dans des flammes de diffusion, ensemencées. Ces flammes sont réalisées à l'aide d'un bee bunsen. Pour mettre en évidence l'influence de turbulence sur la structure de la flamme, nous avons fait varier la vitesse du jet entre 1 m/s et 8 m/s.

Dans les flammes prémélangées nous avons pu mettre en évidence:

- le régime de la flamme plissée pour des vitesses faibles et celui de la combustion en paquets pour des vitesses de jet supérieures;

- l'étroitesse de la zone de préchauffage en ensemencant la flamme avec deux traceurs.

Dans les flammes de diffusion, nous mettons en évidence:

l'action plus faible de la turbulence sur le front de flamme, compareée à celle sur les flammes prémélangées de vitesses voisines;

l'épaisseur importante de la zone de diffusion de la chaleur pour une flamme quasi laminaire;

le sévère effet d'une turbulence pourtant faible sur la structure de la flamme: l'épaisseur instantanée des flamelettes est fortement diminuee là où l'étirement agit, et des poches paraissent se former très aisément.