The propagation of constant-pressure flames through hybrid aluminum-methane-oxidizermixtures in transparent latex balloons is investigated using high-speed cameras that recordboth the dust dispersal and the subsequent spherical flame propagation processes. For mixtures without excess oxygen in the post-methane flame zone, the aluminum acts only as an inert diluent at low concentrations, resulting in a decline of the flame speed with aluminum concentration. Past a critical concentration around 100 g/m3, the flame speed stops decreasingand remains constant with increasing aluminum concentration, a behavior which is attributed to the formation of a high temperature aluminum flame front that thermally couples to the methane flame. When there is excess oxygen to react with the aluminum, the flame speed monotonically increases with aluminum concentration before reaching a plateau at aluminum concentrations above 150 g/m3. The dierence in behavior at low concentrations in mixtures with and without excess oxygen is explained by the ability of aluminum particles reacting with free oxygen to ignite and burn in the diffusion-limited combustionmode. The igniting particles are able to form high-temperature micro-diffusion flames which attain high combustion rates even at the relatively low bulk gas temperatures typical for methane flames.

La presente these porte sur l'etude de la propagation isobarique de ammes dans des melangeshybrides d'aluminium et de methane. Les melanges sont contenus a l'interieur de ballonstransparents en latex et la dispersion de la poudre, ainsi que les ammes, sont lmees al'aide d'une camera a haute vitesse. Dans les melanges comburant-carburant sans surplusd'oxygene apres la amme de methane, l'aluminium en faible concentration agit en tantque diluant, ce qui a pour eet de reduire la vitesse de la amme de methane. Au-delade 100 g/m3, la celerite de amme demeure constante avec la concentration d'aluminium.Une amme d'aluminium se forme ainsi a haute concentration et echange de la chaleur avecla amme de methane. Lorsqu'il y a un surplus d'oxygene apres la amme de methane,la celerite de la amme de methane augmente avec une augmentation de la concentrationd'aluminium avant d'atteindre un plateau au moment ou la concentration d'aluminium atteint150 g/m3. Cette dierence de comportement dans les melanges avec surplus d'oxygenes'explique par la capacite des particules d'aluminiums d'initier la combustion en mode diffusionavec l'oxygene disponible. Une micro-amme se cree autour de chaque particule etproduit des temperatures superieures aux temperatures de la amme de methane.

Bergthorson, Jeffrey (Internal/Supervisor)

Frost, David (Internal/Cosupervisor2)