Concerning the problem of wanting the performance of heat engines used in the automotive, aeronautics, and aerospace industries, researchers and engineers are working on various possibilities for improving combustion efficiency, including the reduction of gases such as CO, NOx, and SOx. Such improvements would also help reduce greenhouse gases. For this, research and development has focused on one factor that has a significant impact on the performance of these engines: the phenomenon of cavitation. In fact, most high-performance heat engines are fitted with a high-speed fuel supply system. These high speeds lead to the formation of the phenomenon of cavitation generating instabilities in the flow and subsequently causing disturbances in the combustion process and in the efficiency of the engine. In this review article, it is a question of making a state-of-the-art review on the various studies which have dealt with the characterization of the phenomenon of cavitation and addressing the possible means that can be put in place to reduce its effects. The bibliographic study was carried out based on five editors who are very involved in this theme. From the census carried out, it has been shown that there are many works which deal with the means of optimization that must be implemented in order to fight against the phenomenon of cavitation. Among these solutions, there is the optimization of the geometry of the injector in which the fuel flows and there is the type of fuel used. Indeed, it is shown that the use of a biofuel, which, by its higher viscosity, decreases the effects of cavitation. Most of these jobs are performed under cold fluidic conditions; however, there is little or no work that directly addresses the effect of cavitation on the combustion process. Consequently, this review article highlights the importance of carrying out research work, with the objective of characterizing the effect of cavitation on the combustion process and the need to use a biofuel as an inhibitor solution on the cavitation phenomenon and as a means of energy transition.

Dans toute application thermique faisant intervenir une flamme, il est nécessaire que celle-ci ait la meilleure qualité possible afin de garantir la meilleure performance énergétique et avoir un impact bas carbone. Pour cela, il est nécessaire que le processus de combustion se fasse dans de bonnes conditions. Dans la contrainte de développer des systèmes à faible encombrement avec une grande performance énergétique, le phénomène de cavitation peut avoir un impact sur le mélange entre le carburant et le comburant. Dans le cadre de cette thèse, l’objectif est d’étudier l’effet de ce phénomène dans un injecteur sur les performances d’une flamme. Le dispositif utilisé est le brûleur NexGen développé par la FAA utilisé pour les tests de certification au feu basée sur la norme ISO 2685. En effet, à partir d’une étude bibliographique, il a été montré qu’il n’existe peu voire quasiment pas de travaux traitant du sujet. Dans ce contexte, cette thèse essaie d’apporter des éléments de compréhension aidant à une meilleure compréhension du rôle que peut jouer le phénomène de cavitation sur les performances d’une flamme comme celle du brûleur NexGen. La méthode de travail a consisté dans un premier temps à concevoir un dispositif expérimental à froid qui a permis de caractériser le phénomène de cavitation dans un injecteur en fonction de la géométrie de l’injecteur, de la pression et la température dans le réservoir. Les résultats ont servi de base de données pour identifier les niveaux de cavitation les plus importants et de se comparer à la littérature. Pour les trois injecteurs utilisés, celui ayant le diamètre le plus petit a mis en évidence un phénomène de cavitation avec la plus grande intensité. A la suite, l’injecteur ayant le plus petit diamètre a été utilisé pour étudier l’effet du phénomène de cavitation sur les performances de la flamme du brûleur NexGen. Les résultats montrent une diminution de la température et de la densité du flux de chaleur avec un impact sur les produits de combustion.

In any thermal application involving a flame, it is essential that the flame is of the best possible quality to ensure optimal energy performance and minimize the carbon impact. This requires a combustion process taking place under optimal conditions. In this context, the phenomenon of cavitation can affect the mixing between fuel and oxidant, especially when it comes to developing compact systems with high energy efficiency. To study this effect, an experimental investigation was conducted using the NexGen burner, developed by the FAA (Federal Aviation Administration) and used for fire certification tests based on ISO 2685. The main objective of this study is to understand the impact of cavitation in a nozzle on the performance of a turbulent flame of kerosene/air premix. The study was conducted in two phases: The first was to develop an experimental device to highlight the appearance of the cavitation phenomenon as a function of the nozzle geometry, pressure and temperature in the tank. Piezoelectric pressure sensors and transparent nozzles made it possible to observe a greater intensity of the cavitation phenomenon with the smaller diameter nozzle (2.25 80 W). The second consisted in evaluating the impact of cavitation on flame performance. The results showed that cavitation has a direct influence on the flame temperature and heat flux density. In the presence of cavitation, the structure of the flame consisting of three distinct zones: continuous flame, intermittent flame and plume flame is modified in particular for low cavitation numbers where the disappearance of the continuous flame was observed. This observation makes it possible to demonstrate the harmful effects of cavitation on combustion in the NexGen burner. This study provides knowledge enabling a better understanding in order to improve the performance of combustion systems.

Le comportement des feux de nappe et le risque d’inflammation des gaz imbrûlés sont analysés dans un modèle réduit d’une chambre historique ventilée. Des essais ont été réalisés avec divers diamètres de nappe et taux de renouvellement d’air pour examiner le feu en milieu confiné. Les résultats montrent que le comportement du feu varie selon le régime de combustion. L’évaluation du risque, basée sur une approche globale, indique que le plus grand feu de nappe présente un risque d’inflammation élevé, tandis que le plus petit reste sous le seuil d’inflammation. Cette étude apporte des perspectives pour la sécurité incendie des bâtiments historiques.