Réduire les risques de combustion
Lors de la conception des moteurs à combustion, la principale difficulté est probablement d'optimiser simultanément le rendement, la stabilité et les émissions de polluants. Le mélange d'air et de carburant qui a lieu avant la combustion, dans des proportions pauvres, a permis de réduire considérablement les émissions de polluants, notamment des oxydes d'azote (NOx). Malheureusement, cette technique bien établie pour la fabrication de moteurs à combustion peut entraîner l'instabilité de la flamme. C'est la raison de l'importance qu'ont pris la modélisation et la simulation numérique du couplage complexe des écoulements en interaction chimique, dans la conception des turbines à gaz. Les partenaires du projet MUSCLES ont réussi à modéliser les interactions entre le mélange turbulent et les réactions chimiques, en calculant la probabilité de tous les états survenant pendant les processus de combustion turbulente. L'approche adoptée par les chercheurs de l'université de Karlsruhe en Allemagne se fondait sur le calcul de la fonction de distribution de probabilité des paramètres les plus importants. Il s'agissait des échelles de taille de la turbulence, de la vélocité et des fractions de masse de chaque espèce dans le mélange de combustible brûlé, en plus des échelles de temps appropriées pour les réactions chimiques. Les fonctions de densité de probabilité de chaque paramètre devaient résoudre directement les équations de transport de leur fonction de distribution de probabilité associée (JPDF). Le modèle de combustion JPDF a été étendu pour décrire la combustion à dilution élevée dans des conditions turbulentes, et il a été appliqué pour simuler l'extinction de flamme à la limite d'appauvrissement (limite d'extinction pauvre, ou LBO pour Lean Blow Out). Pour réduire davantage l'émission de polluants, il faudrait utiliser un mélange encore plus pauvre en air et combustible, et faire appel à de nouveaux schémas réactionnels afin d'exploiter cette technique de combustion au maximum de son potentiel. En repoussant la limite d'extinction pauvre, on atteint des températures plus basses, ce qui génère moins de NOx. Les premiers calculs ont réussi à prédire la limite d'extinction pauvre du système de combustion, et ont ouvert la voie à la réduction des coûts de test des programmes de développement de chambres de combustion.
