Caractérisation des effets de l'ajout d'hydrogène et de la haute pression dans les flammes turbulentes de prémélange méthane-air PDF Download
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Author: Fabien Halter
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Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
Ce travail de thèse expérimental vise à améliorer la compréhension des flammes turbulentes de prémélange méthane/air pour différents cas de pression et différents enrichissements en hydrogène. L'étude est effectuée à l'aide d'un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. Une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu est rendue possible par l'utilisation de diagnostics optiques. La structure macroscopique de la flamme est étudiée à l'aide du diagnostic de tomographie par plan laser, la structure interne de la flamme à l'aide du diagnostic de diffusion Rayleigh 2D. Ces informations sont largement utilisées pour tester différents modèles de combustion.
Author: Fabien Halter
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Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
Ce travail de thèse expérimental vise à améliorer la compréhension des flammes turbulentes de prémélange méthane/air pour différents cas de pression et différents enrichissements en hydrogène. L'étude est effectuée à l'aide d'un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. Une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu est rendue possible par l'utilisation de diagnostics optiques. La structure macroscopique de la flamme est étudiée à l'aide du diagnostic de tomographie par plan laser, la structure interne de la flamme à l'aide du diagnostic de diffusion Rayleigh 2D. Ces informations sont largement utilisées pour tester différents modèles de combustion.
Author: Cécile Cohé
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Languages : fr
Pages : 223
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Book Description
Ce projet a pour but d’approfondir les connaissances de l’effet de la haute pression sur les flammes laminaires et turbulentes et d’appliquer ces connaissances et les moyens techniques développés à l’institut aux flammes diluées avec du dioxyde de carbone. L’étude est effectuée à l’aide d’un brûleur de type Bunsen placé dans une chambre de combustion haute pression. De nombreux diagnostics optiques furent utilisés. La structure générale de flamme est etudiée avec la tomographie par plan laser. Les vitesses de flammes sont mesurées à partir des acquisitions de PIV. La LDV a permis d’obtenir les échelles de turbulence. Enfin l’ensemble de ces données ont été utilisées pour tester différents modèles de combustion.
Author: Thierry Lachaux
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Languages : fr
Pages : 211
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Book Description
L'étude expérimentale porte sur l'influence de la haute-pression jusqu'à 0.9 MPa pour la combustion d'une flamme de prémélange méthane-air, pauvre, turbulente stabilisée sur un brûleur de type Bunsen. La vitesse débitante et la richesse sont fixées à 2.1 m/s et 0.6. Le champ de vitesses et les échelles de la turbulence sont déterminés à l'aide de l'anémométrie Laser Doppler. Les mesures de diffusion Rayleigh renseignent sur la fluctuation du scalaire. De l'imagerie de Mie deux dimensions sont obtenus la courbure, l'angle d'orientation, les longueurs de plissement et enfin, la densité de surface de flamme et l'intensité de combustion qui sont comparées avec les valeurs données par le modèle BML. Lorsque la pression augmente les échelles de Taylor et de Kolmogorov diminuent avec la viscosité cinématique, l'échelle intégrale et la vitesse fluctuante restent constantes, les structures du front de flamme deviennent plus petites et plus pointues, augmentant la densité de surface de flamme.
Author: Abdelbaki Mameri
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Languages : fr
Pages : 0
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L'enrichissement des hydrocarbures par l'hydrogène permet d'améliorer les performances de la combustion pauvre (augmentation de la réactivité, résistance à l'étirement, stabilité, réduction des polluants, ...). Il est primordial de connaitre les caractéristiques de la combustion de ces combustibles hybrides dans différentes conditions, afin de pouvoir les utiliser d'une manière sûre et efficace dans les installations pratiques. L'approche expérimentale reste coûteuse et limitée à certaines conditions opératoires. Cependant, le calcul numérique peut constituer la solution la plus adaptée, compte tenu du progrès réalisé dans le domaine de l'informatique et de la modélisation. Dans ce contexte, ce travail que nous avons effectué à l'ICARE (Institut de Combustion, Aérothermique et Réactivité, CNRS Orléans) vise à compléter les résultats des essais expérimentaux. Les effets de la richesse du mélange et l'ajout de l'hydrogène sur la structure et la formation des polluants sont étudiés dans ce travail. L'augmentation de la richesse du combustible permet de stabiliser la flamme, mais augmente la température et produit plus de CO, CO2 et NOx. Par contre, l'addition de H2 augmente l'efficacité du mélange, stabilise la flamme avec une légère élévation de la température maximale et une diminution des fractions massiques de CO, CO2 et NOx. Le remplacement d'une fraction de 10% où même 20% du gaz principal par l'hydrogène améliore les performances des installations et ne nécessite aucune modification sur les systèmes de combustion.
Author: Nabil Belaradh
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Languages : fr
Pages : 194
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L'objectif de ce travail concerne l'étude numérique de l'influence de la pression et de la composition du mélange réactif sur une flamme turbulente non-prémélangée. L'outil de modélisation utilisée est le code Fluent. De nombreuses améliorations sont apportées aux sous modèles de ce code de calcul afin de l'adapter à notre problématique. Trois cas de flammes sont utilisés pour valider les résultas issus de la simulation numérique stationnaire, utilisant le modèle de turbulence k-e et la méthode flammelette pour la modélisation de la combustion. Les résultats obtenus avec le code Fluent modifiés, montrent un bon accord avec les résultats expérimentaux. L'effet de la pression est montré sur les caractéristiques de la flamme de méthane. Ensuite, l'influence simultanée de la pression et de la quantité d'hydrogène, ajouté au méthane dans une flamme turbulente de diffusion, a été mise en évidence.
Author: David Pavé
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Languages : fr
Pages : 0
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Les flammes turbulentes de prémélange présentent un sujet d'intérêt important pour la recherche aussi bien du point de vue fondamental que pratique. Le but de cette thèse est de faire progresser nos connaissances sur les flammes de prémélanges pauvres. Nous avons observé les changements de structure de la flamme lorsque l'on modifie la richesse et les paramètres de turbulence. En premier lieu, nous faisons une description macroscopique de la flamme à l'aide de l'imagerie de Mie. Nous déterminons les iso-c, l'épaisseur turbulente, l'échelle caractéristique de plissements et la densité de surface de flamme. La densité de surface de flamme est également calculée pour six régions de la flamme. Nous étudions ensuite la structure du front de flamme instantané. Nous faisons une étude statistique de la courbure du front. Afin d'étudier l'épaisseur du front de flamme, à partir de l'imagerie Rayleigh, deux définitions de l'épaisseur sont utilisées : l'épaisseur thermique de la zone de réaction du front de flamme et la zone de préchauffage avec le gradient de température. Nous avons aussi étudié la corrélation entre l'épaisseur du front de flamme et la courbure du front. Enfin, nous comparons nos résultats avec les modèles de combustion turbulente de prémélange : le modèle de Bray, Moss et Libby et les modèles utilisant la dissipation scalaire. Les distributions des longueurs d'entre-croisement sont spécialement étudiées. Nous analysons ensuite la relation entre la dissipation scalaire et la densité de surface de flamme à partir de l'imagerie Rayleigh. Nous déterminons alors l'intensité de combustion et le taux de combustion. Ces derniers résultats sont acquis à partir de l'imagerie Rayleigh et de Mie. Nous comparons nos résultats avec ceux obtenus par d'autres techniques de mesures : l'anémométrie Doppler laser associée à Mie, la diffusion Rayleigh un point et les résultats de la littérature.
Author: David Vauchelles
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Languages : fr
Pages : 180
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La combustion en mode pauvre prémélangé permet de réduire les émissions polluantes, mais elle est limitée par l'apparition de fortes instabilités. Afin d'étudier ces instabilités, nous avons conçu une chambre de combustion proche d'une configuration industrielle fonctionnant au gaz naturel. La chambre, pressurisée à 5 bar, est munie de deux dispositifs d'injection d'air : air secondaire et air de dilution. Le prémélange est créé par un injecteur constitué d'un swirl axial et d'un bluff body. L'étude de l'instabilité a été effectuée en fonction de plusieurs paramètres : température d'entrée d'air, débit, richesse de combustion, angle du swirl, présence d'une flamme pilote, position des orifices d'injection d'air et géométrie du fond de la chambre. Pour chaque configuration nous avons mesuré le champ de vitesse, les émissions polluantes, l'émission spontanée du radical CH* et l'évolution temporelle de la pression dans la chambre de combustion. Le résultat principalmontre que les injections d'air secondaire jouen un rôle important et complexe dans les chambres de combustion, notamment sur la structure et la dynamique de la flamme. Les spectres temporels de pression et de CH* ont montré plusieurs fluctuations temporelles de la combustion que nous avons classées en trois catégories : - Les fluctuation basses fréquences dues aux instabilités de combustion, - les fluctuations convectives dont les fréquences ne dépendent que de la vitesse de l'écoulement, - les fluctuations acoustiques dont les fréquences ne dépendent que de la température de l'écoulement. L'étude locale des émissions de CH* montre que les positions des maximums de fluctuations se situent à des emplacements différents dans la zone de réaction suivant le régime de combustion. Nous avons adapté localement le modèle du temps de retard (time lag) qui permet de connaître les conditions favorables d'amplification d'une perturbation convective. Les résultats montrent que nous pouvons prédire la position et l'intensité des fluctuations convectives dans la zone réactive en fonction de la température d'entrée ou de la puissance de l'installation. Toutefois, ce modèle trouve ses limites lorsque l'interaction de l'air de dilution secondaire devient trop importante avec la zone de réaction.
Author: Toni Tahtouh
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Languages : en
Pages : 0
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Book Description
Une des solutions pour diminuer les émissions polluantes émises par un moteur à combustion interne est de réinjecter une partie des gaz d'échappement (Exhaust Gas Recirculation, EGR) à l'admission. Cependant, dans le cas d'une dilution du mélange air-carburant trop importante, la combustion est plus instable voire ne pas s'entretenir. L'ajout d'une faible quantité d'hydrogène a le potentiel de contrer cet effet négatif de forte dilution. C'est dans ce contexte que ce travail de thèse est basé sur une étude détaillée des effets combinés de l'ajout de l'hydrogène et de la dilution dans un moteur à allumage commandé alimenté par du méthane ou de l'iso-octane. Dans la première partie de ce travail, le potentiel de l'ajout de l'hydrogène combiné à la dilution, en termes d'émissions polluantes et de rendement global du moteur, est montré. Dans la deuxième partie, afin de mieux comprendre l'effet de l'hydrogène et de la dilution dans un moteur à combustion interne et leurs influences sur les propriétés fondamentales de la combustion, la vitesse de combustion laminaire, paramètre fondamentale, a été déterminée expérimentalement pour des mélanges isooctane ou méthane avec de l'air contenant différents pourcentages d'hydrogène et de dilution. Des corrélations ont pu ainsi être formulées permettant d'estimer la vitesse fondamentale de combustion laminaire pour ces mélanges. Dans la dernière partie, l'utilisation de deux diagnostics optiques (la chemiluminescence de la flamme et la tomographie par plan laser du front de flamme couplé à la mesure de vitesse par vélocimétrie par imagerie de particules) a permis de quantifier l'effet de l'hydrogène et de la dilution sur la propagation de flamme turbulente dans un moteur à allumage commandé muni d'accès optiques. Nous avons ainsi montré que le la vitesse de combustion laminaire a un effet prépondérant, comparé au nombre de Lewis, sur la vitesse de combustion turbulente dans un moteur à allumage commandé.
Author: Fouzi Tabet
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Languages : fr
Pages : 197
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Book Description
Il a été démontré que l’ajout d’une certaine proportion d’hydrogène aux hydrocarbures permet d’améliorer les performances de la combustion (amélioration de la stabilité, réduction de la pollution, etc.). Il est important de bien identifier les caractéristiques de combustion de ces combustibles composés dans différentes conditions opératoires afin de pouvoir les utiliser efficacement dans les systèmes pratiques de production d’énergie. L’approche expérimentale demeure limitée à certaines conditions opératoires du fait des coûts que peut engendrer sa mise œuvre. En revanche, la simulation numérique peut constituer une solution plus appropriée compte tenu des avancées réalisées en matière de puissance de calcul et de modélisation. Cependant, il est nécessaire, au préalable, de s’assurer du bon comportement de l’outil numérique dans plusieurs cas tests. Dans ce contexte, l’effet de l’ajout de H2 sur la structure de la flamme et la formation des polluants est étudié dans ce travail. La relation reliant la longueur de la flamme, la perte de chaleur radiative, les émissions de CO2, de CO, de NO et de suie au pourcentage d’hydrogène dans le mélange combustible est caractérisée. Les validations ont porté sur plusieurs configurations de jets turbulents à masse volumique variable et de flammes de diffusion turbulente caractérisées par différents rapports de densité et de vitesses à l’injection. Les résultats de l’addition de H2 ont permis de noter une augmentation de l’efficacité du mélange, une élévation de la température maximale, une diminution des fractions massiques de CO et de CO2, une augmentation de la production de NO et une réduction des quantités de suies émises.
Author: DONG-SOON.. NOH
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Languages : fr
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Book Description
CE MEMOIRE CONCERNE L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA FLAMME TURBULENTE EN V D'UN PREMELANGE HYDROGENE-AIR EN REGIME DE FLAMME PLISSEE. LES INFLUENCES DE LA TURBULENCE INITIALE, DU CONFINEMENT ET DE LA RICHESSE SUR LE CHAMP DE VITESSE ET LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME ONT ETE ETUDIEES. LES CHAMPS DE VITESSE CONDITIONNEL ET NON CONDITIONNEL ONT ETE MESURES PAR VELOCIMETRIE DOPPLER LASER. LA STATISTIQUE DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT A ETE REALISEE PAR TOMOGRAPHIE LASER COUPLEE AU TRAITEMENT D'IMAGE. LA CORRELATION ENTRE LES FLUCTUATIONS DE VITESSE DE L'ECOULEMENT ET DE POSITION DU FRONT A ETE REALISEE EN LES MESURANT SIMULTANEMENT. L'ENSEMBLE DES EFFETS DU PASSAGE INTERMITTENT DU FRONT, DE LA PROPRIETE DU MELANGE ET DE LA CONFIGURATION DE LA FLAMME A UNE INFLUENCE DIFFERENTE SUR LE CHAMP DYNAMIQUE APPARENT. LES EVOLUTIONS DE LA STRUCTURE SPATIALE DU FRONT DE FLAMME DEPENDENT DE LA TURBULENCE INITIALE ET NON DE LA TURBULENCE LOCALE. LE COMPORTEMENT DE LA FLAMME AUGMENTE LA ZONE D'INTERMITTENCE MAIS CELA NE MODIFIE PRATIQUEMENT PAS LA CARACTERISTIQUE DU PLISSEMENT DU FRONT. IL EST DEMONTRE QU'IL Y A UNE DIFFERENCE ENTRE L'ECHELLE DE PLISSEMENT DU FRONT ET L'ECHELLE DE LONGUEUR SCALAIRE (PROPOSEE DANS LE MODELE BML). DANS NOTRE CONDITION DE FLAMME, LA CORRELATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ET DE POSITION SIGNIFIE QUE LA POSITION SPATIALE DU FRONT EST ASSOCIEE A L'ECOULEMENT DES GAZ FRAIS
