REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés

MINI PROJET
FILIERE : Génie Mécanique
SPECIALITE : Installation Energétique et Turbomachines

THEME
CHAMBRE DE
COMBUSTION
Encadre par Madame :
Présenté par :
TABUOCHE
NEDJAI Ahmed
DJEDIAT Zakaria Marouane

Année : 2022/2023
 Sommaire

Définition :_______________________________________________________________________2

Comment fonctionne la chambre de combustion ? :______________________________________3

Les avantages________________________________________________________________________________3
L’inconvénient :_______________________________________________________________________________4

Types de chambre de combustion :___________________________________________________4

 Chambre de combustion annulaire____________________________________________________5

 Chambre de combustion tubulaire :____________________________________________________6

 Chambre de combustion tuboannulaire________________________________________________6

Configurations de chambre de combustion_____________________________________________7

Composantes d’une chambre à combustion :___________________________________________8

Dimensionnement géométrique______________________________________________________9

 Hypothèses :_____________________________________________________________________11

 Applications numériques :__________________________________________________________11

Conclusion :_____________________________________________________________________13

LA CHAMBRE DE COMBUSTION :
Définition :
Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à de brusques changements de
pression et de température, dans laquelle on déclenche volontairement une combustion entre des
substances chimiques déterminées. Cette enceinte est conçue pour obtenir, à partir des gaz issus
de la combustion, un travail ou une force, avant qu'ils ne soient évacués. Actuellement, il existe 7
types de chambre de combustion différentes :

1. Les chambres cylindriques : elles sont creusées directement dans la culasse avec des
soupapes disposées parallèlement sur le même axe que le cylindre
2. Les chambres hémisphériques : sur ce modèle, les soupapes sont installées en V de façon
oblique
3. Les chambres triangulaires : la bougie est plus proche de la soupape d'admission
4. Les chambres en coin : les soupapes sont toujours parallèles mais elles possèdent une
légère inclinaison par rapport à l'axe du cylindre
5. Les chambres trapézoïdales latérales : beaucoup utilisées sur les modèles de voiture de la
marque Mercedes-Benz, le piston dispose d'une élévation. Ce type de chambre a une plus
longue longévité
6. Les chambres Héron : très répandue sur les voitures actuelles, elles ont un excellent
rapport surface-volume
7. Les chambres Rover : ici, c'est la soupape d'admission qui est en première position tandis
que la soupape d'échappement est latérale.

Comment fonctionne la chambre de combustion ? :

Il est bien évident que le principe de fonctionnement varie d'un constructeur à un autre et même
d'un réacteur à un autre chez le même constructeur. Mais le principe général de fonctionnement
reste relativement identique. L'air qui pénètre dans la chambre de combustion se répartit en
plusieurs circuits. Une partie rentre directement dans le tube à flammes et dans l'injecteur pour
contribuer à la combustion. Une autre partie contourne le tube à flammes et sert à la fois pour
refroidir les parois et pour diluer et mélanger l'écoulement de l'air dans le foyer.

À la mise en rotation du réacteur le mélange de l'air provenant du compresseur et du carburant

injecté par la pompe est enflammé par une bougie (allumeur). Après avoir atteint son régime
d'autonomie l'allumage de la bougie est coupé et la flamme s'auto-entretient.

Les avantages :

 Pour une même intensité de combustion la chambre est plus courte d’où la réduction
de la longueur du turboréacteur et par conséquent celle de son poids.
 La combustion est plus complète car la vitesse est réduite au niveau de l’injecteur.
 Elle assure une meilleure pulvérisation par suite des chocs sur les molécules de fuel.

L’inconvénient :

Cette méthode réside dans le fait que l’injecteur se trouve dans la flamme. Cette difficulté peut
être surmontée par l’utilisation d’un matériau thermiquement résistant.

Types de chambre de combustion :

Il existe principalement trois types de chambre de combustion dans les turbines à gaz.
Le choix dépend principalement des besoins auxquels la turbine doit répondre. La figure 1
montre les trois types : l’annulaire, le tubulaire et le tuboannulaire. La zone hachurée illustre
les endroits chauds où la combustion a lieu. Les deux principaux types utilisés sont la
chambre de combustion annulaire et tubulaire, aussi appelée Can. Le tuboannulaire est un
croisement entre les deux autres types.
 Figure 1 - Illustration des trois principaux types de chambre de combustion

La zone chaude de la chambre de combustion est délimitée par un grillage, appelé la chemise.
Elle permet à l’air de pénétrer la zone de combustion sous forme de jet, et ainsi assurer une
combustion stable. La chemise est représentée à la figure 2

Figure 2  : - Représentation schématique d'une chambre de combustion annulaire (Gas turbine, 2012)

 Chambre de combustion annulaire

Dans la chambre de combustion annulaire, la chemise est placée de façon concentrique dans
le boitier où l’air s’écoule. La figure3 montre les différentes composantes. La chambre de
combustion annulaire est principalement utilisée dans l’aviation puisqu’elle permet
d’utiliser la totalité du volume disponible pour la combustion dans l’enveloppe du moteur. La
turbine peut donc être plus compacte et légère.
 Figure 3  : - Représentation d'une chambre de combustion annulaire

Dans une chambre de combustion annulaire, les pertes de pression totale causées par le passage
de l’air à travers la chemise sont plus faibles que pour les deux autres configurations. Par contre,
les charges en flambage sont très grandes sur le diamètre extérieur de la chemise, ce qui rend la
conception structurale très difficile.

 Chambre de combustion tubulaire :

La chambre de combustion tubulaire est l’un des premiers types qui a été utilisé dans les turbines
dans les années 1940. Il est composé de 6 à 16 tubes indépendants qui comprennent chacun un
boitier et une chemise. Chacun des tubes a son propre système d’injection de carburant et
système d’allumage. La figure 4 montre un exemple de chambre de combustion tubulaire à 6
tubes.

Figure 4  : Représentation d'une chambre de combustion tubulaire

 La chambre de combustion tubulaire est plus lourde que l’annulaire puisqu’elle n’utilise pas
la totalité de l’espace disponible dans l’enveloppe du moteur. Le type tubulaire doit donc
être plus long pour offrir le même volume de combustion que l’annulaire. La chambre
tubulaire doit aussi avoir un système d’injection et d’allumage plus complexe puisque chaque
tube doit en être équipé, Cela en fait un type inapplicable pour l’aviation, où le poids et le
volume sont très importants. Pour les applications industrielles, où l’espace et la masse
sont moins importants, le tubulaire est très intéressant puisqu’il est possible de changer un
seul tube lors de l’entretien.

Chambre de combustion tuboannulaire

Le type tuboannulaire est un hybride entre les types annulaire et tubulaire. Entre 6 et 10
chemises sont placées dans un seul boitier annulaire. L’objectif est de combiner la compacité
d’une chambre annulaire avec la résistance structurale d’une chambre tubulaire. Encore une
fois, plusieurs systèmes d’injection de carburant et d’allumage sont nécessaires pour
alimenter chacun des tubes, ce qui en fait un système lourd, mais moindre que le tubulaire,
La figure.5 montre un exemple de chambre de combustion tuboannulaire.

Figure 5  : Représentation d'une chambre de combustion tuboannulaire

 La chambre tuboannulaire est peu utilisée dans l’aéronautique mais elle offre les mêmes
avantages que le type tubulaire pour l’industriel. Un désavantage qu’il partage avec le type
tubulaire, est l’utilisation d’interconnecteurs reliant chacun des tubes. Ils servent à
uniformiser la pression entre chacun des tubes et stabiliser la combustion Il s’agit d’une
pièce difficile à concevoir puisqu’elle relie les parties chaudes des chambres sans aucun
écoulement d’air pour aider le refroidissement de la paroi du tube. Comme le type tubulaire,
le type tuboannulaire peut lui aussi être testé à l’aide d’une partie de la chambre complète,
permettant de diminuer le débit d’air nécessaire. Finalement, à cause de sa distribution d’air
complexe qui doit être la même entre chacun des tubes, la conception du diffuseur à l’entrée
de la chambre de combustion tuboannulaire est complexifiée.

Configurations de chambre de combustion

En plus des trois types de chambre de combustion, il existe deux configurations : à écoulement
direct et à écoulement inverse. Les deux configurations sont applicables à chacun des types de
chambre à combustion. Dans la configuration à écoulement direct, l’écoulement dans la chemise
est dans la même direction que l’écoulement entrant dans la chambre de combustion, tel
qu’illustré par la figure 6 a). Dans la configuration à écoulement inverse, l’écoulement dans la
chemise est dans le sens inverse de l’écoulement entrant. Par contre, la sortie n’est pas
nécessairement dans le sens opposé, comme le montre la figure 6 b).

Figure 6 : Représentation schématique d'une chambre de combustion à a) écoulement direct et b) écoulement inverse

Le choix entre les deux configurations influence principalement le dimensionnement de la turbine.

Avec un écoulement direct, le moteur est plus petit en diamètre, mais plus long. À l’opposé, avec
l’écoulement inverse, il est plus gros en diamètre et plus court en longueur. Lorsqu’un
compresseur centrifuge est utilisé, l’écoulement inverse est souvent choisi puisqu’il est déjà placé
en périphérie du moteur. Une redirection de l’écoulement n’est pas nécessaire avant l’entrée dans
la chambre de combustion.

Composantes d’une chambre à combustion :

Une chambre de combustion est divisée en plusieurs parties illustrées à la figure 7. Dans le cadre
de ce projet, seules les composantes encadrées sont abordées.

Figure 7 : Schéma des différentes composantes d'une chambre de combustion

Dimensionnement géométrique :

Le nombre de Mach convenable à la combustion est de l’ordre de 0.06, le passage de 0.298 à cet
ordre se fait en deux étapes : la première est par diffusion dans le diffuseur intercalé entre de la
grille de sortie et les chambres de combustions. Ce diffuseur va répartir le flux sortant du
compresseur sur les différentes chambres de combustions tout en diminuant le nombre de Mach à
la sortie jusqu’à une valeur qu’on fixe à 0.08 (au niveau de la section S), et la deuxième après
division du flux primaire en flux réagissant avec le carburant et un flux qui va refroidir les parois de
la chambre et servira à la dilution.
 Figure 1 : Chambre de combustion Figure 2 : Sections

Avec :

En notant n le nombre de chambres de combustion, on a : ce qui donne

Bilan énergétique dans la chambre de combustion :

L’application du premier principe de la thermodynamique donne :

La section A de la chambre de combustion étant constante.

ɛ étant la chute de pression totale dans la chambre de combustion.

Finalement, on déduit l’expression (3.4) suivante qui permet d’avoir M 4

  Hypothèses :
On se donne γ=1.4 et γ g=1.333

Le nombre de Mach à la section S est tel que M=0.08

On admet qu’il y a six chambres de combustion (n=6)

La perte de pression totale ɛcc = 0,05

Le rendement de la chambre Ƞcc= 0,98

1
Le rapport ƒ =
60

Le pouvoir calorifique du combustible PCI=41400 Kj /Kg

Rappelons les données de l’entrée chambre de combustion :

 Applications numériques :
Finalement, les paramètres de sortie chambre de combustion / entrée turbine est :

Conclusion :
La chambre de combustion est une des pièces les plus importantes du moteur : elle permet
d’obtenir la poussée voulue pour le moteur. Il s’agit d’une pièce très complexe, très difficile à
réaliser et à optimiser. En effet, de nombreux phénomènes physiques interviennent lors de la
combustion et l’injection du carburant, la maitrise de multiples notions physiques est donc
nécessaire pour mettre au point une chambre performante. Etant donné la complexité des
problèmes posés et les limites actuelles de la science, la chambre de combustion est
essentiellement conçue de manière empirique