Etudes numérique et expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange propane-air PDF Download
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Author: Ebrahim Djavdan
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 201
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Book Description
Ce travail présente une étude numérique et expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange air-propane. Les équations des flammes laminaires étirées sont obtenues en cherchant des solutions auto-semblables des équations de conservation des mélanges réactifs gazeux. La résolution de ces équations est basée sur la méthode de Newton et une technique de continuation. La méthode de réduction systématique de schémas cinétiques est ensuite présentée. En appliquant cette méthode à la combustion du propane, nous proposons un mécanisme chimique à 9 espèces et 6 réactions. Une comparaison de résultats de calculs zéro dimensionnels en chimie complexe et réduite montre que le schéma réduit reproduit correctement l'enthalpie de fin de combustion de l'état chimique en fonction de la température. Ce schéma réduit est ensuite appliqué au calcul d'une flamme laminaire étirée et les résultats sont comparés aux calculs en chimie complexe. Il apparaît que le mécanisme réduit reproduit correctement la structure et l'extinction de la flamme à pression atmosphérique. La structure de la flamme autour de la zone de réaction reste bien décrite jusqu'à la pression de dix atmosphères. Par ailleurs, le gain en temps de calcul est un facteur proche de 4. Enfin, une étude expérimentale de ces flammes est présentée. Trois types de résultats sont proposés: tomographie par plan laser, vélocimétrie laser et mesures de distance de flammes par déviation de faisceau laser.
Author: Ebrahim Djavdan
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Languages : fr
Pages : 201
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Ce travail présente une étude numérique et expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange air-propane. Les équations des flammes laminaires étirées sont obtenues en cherchant des solutions auto-semblables des équations de conservation des mélanges réactifs gazeux. La résolution de ces équations est basée sur la méthode de Newton et une technique de continuation. La méthode de réduction systématique de schémas cinétiques est ensuite présentée. En appliquant cette méthode à la combustion du propane, nous proposons un mécanisme chimique à 9 espèces et 6 réactions. Une comparaison de résultats de calculs zéro dimensionnels en chimie complexe et réduite montre que le schéma réduit reproduit correctement l'enthalpie de fin de combustion de l'état chimique en fonction de la température. Ce schéma réduit est ensuite appliqué au calcul d'une flamme laminaire étirée et les résultats sont comparés aux calculs en chimie complexe. Il apparaît que le mécanisme réduit reproduit correctement la structure et l'extinction de la flamme à pression atmosphérique. La structure de la flamme autour de la zone de réaction reste bien décrite jusqu'à la pression de dix atmosphères. Par ailleurs, le gain en temps de calcul est un facteur proche de 4. Enfin, une étude expérimentale de ces flammes est présentée. Trois types de résultats sont proposés: tomographie par plan laser, vélocimétrie laser et mesures de distance de flammes par déviation de faisceau laser.
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Author: MOHAMED.. SENNOUN
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ISBN:
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Languages : fr
Pages : 267
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Book Description
Le modèle de la flamme cohérente, développé au laboratoire EM2C, considère la combustion turbulente comme l'assemblage de flammelettes laminaires étirées convectées et déformées par la turbulence. L'étude des flammelettes laminaires permet: 1) de valider les mécanismes chimiques; 2) de dégager les réactions prépondérantes de la combustion; 3) de connaitre la structure fine du front de flamme soumis à un étirement; 4) de connaitre, pour une pression et une température des gaz frais données, les limites d'extinction (étirement maximal) de la flammelette pour une richesse donnée, et les limites d'inflammabilité (richesse mini et maxi) pour un étirement donné. Ce travail se subdivise en deux parties l'une expérimentale et l'autre numérique. Le chapitre 1 est consacré à l'étude expérimentale de flammes laminaires étirées de prémélange propane-air. On y trouvera une description de l'installation expérimentale (bruleurs, montage mécanique, alimentation en gaz et système de débitmétrie à cols soniques), ainsi que les techniques de mesure de vitesse par vélocimétrie laser, de température par thermocouple, de distance de flammes par déviation de faisceau laser et la visualisation de l'écoulement par tomographie laser (photographie et vidéo). Le chapitre 2 est consacré à la modélisation et au traitement numérique des flammes laminaires étirées. On y trouvera une description de l'écriture des équations de bilan des mélanges réactifs gazeux, des expressions des propriétés de transport et des variables thermodynamiques, les notions de réactions chimiques et de mécanisme cinétique, les équations de bilan des flammes laminaires étirées (formulation a étirement constant et formulation a vitesse imposée), les conditions aux limites et la méthode de résolution numérique des équations de bilan (couplage de la méthode de newton et d'un maillage adaptatif). Le chapitre 3 est consacré à l'étude numérique de flammes laminaires étirées de prémélange propane-air: calcul en chimie complexe (123 réactions et 33 espèces chimiques). On y trouvera l'influence de la température des gaz frais, de l'étirement, de la richesse et de la vitesse d'injection des gaz frais sur la structure des flammes. Enfin une comparaison théorie/expérience est présentée montrant les avantages et les inconvénients de la modélisation ainsi que les limites de l'expérience. Le chapitre 4 est une copie de l'article présenté au SPIE’S International Symposia On Laser Engineering. Laser application in combustion and combustion diagnostics. (19-20 january 1993 SPIE Proceeding vol. 1862 Los Angeles, California, USA) “Laser Doppler velocimetry measurements in a laminar counter flow premixed double flame: comparison with numerical calculations”.
Author: Erwann Samson
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Languages : fr
Pages : 470
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Book Description
La propagation de flammes en expansion dans un prémélange propane-air est étudiée pour des mélanges présentant des répartitions hétérogènes de combustible. Dans une première partie, une flamme laminaire est allumée dans une stratification symétrique de combustible. Pendant la propagation de la flamme, des enregistrements tomographiques sont effectués pour différents temps de propagation et différentes répartitions initiales de combustible. Dès le début de la propagation, la flamme dans son ensemble est influencée par la stratification. La courbure moyenne peut être déduite du comportement de la flamme homogène dans des conditions stoechiométriques à travers une loi linéaire ; cette loi dépend de l'amplitude initiale de la fraction de mélange Z et du temps de propagation. Des mesures simultanées de vitesse absolue de déplacement et d'émission de radicaux OH* et CH*, combinées avec des mesures de Z par P.L.I.F. montrent la faible contribution du terme -2D/Z n.grad(Z) présent dans la définition de la vitesse de déplacement du front de flamme. on montre que "l'effet mémoire" de la stratification est principalement dû au réservoir de radicaux et de température induit, à l'inertie de l'allumage et à l'expansion thermique liée aux zones brûlant à la stoechiométrie. Dans une seconde partie, pour une turbulence de grille donnée, une comparaison entre des flammes de prémélanges homogènes et hétérogènes est réalisée, et ce, pour différentes fractions de mélanges moyennes et niveaux de fluctuations. L'étude géométrique des flammes montre l'importance du niveau d'hétérogénéités sur la propagation pour les différentes conditions. Dans les premiers temps de propagation, les fluctuations de fraction de mélange n'affectent pas la taille de la flamme, pour des conditions moyennes stoechiométriques. Dans les instants suivants, un niveau optimum d'hétérogénéités peut être déterminé, sous forme d'un couple (Z, Z'), pour lequel la propagation de la flamme est équivalente aux flammes homogènes ayant une fraction de mélange moyenne supérieure. Ce soutien est dû au réservoir chimique et thermique induit, permettant d'obtenir une combustion dans un milieu en dessous des limites classiques d'inflammabilité.
Author: Sami Belhalfaoui
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Languages : fr
Pages : 250
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Dans ce mémoire sont analysées les sources d'erreur dans les comparaisons calcul/mesures en conbstion laminaire. On se place tout d'abord du point de vue du calcul seul et on étudie la sensibilité de la simulation aux constantes de la cinétique chimique et du transport dans un flamme de diffusion H2/air. On examine ensuite l'effet au niveau de modélisation rentenu pour le transport des espèces, dans des flammes de diffusion H2/air, CH4/air et C3H8/air. La diffusion thermique multicomposants a un impact fort sur l'étirement d'extinction de ces flammes, en particulier lorsque le combustible y est dilué. On s'intéresse ensuite à l'émission sontanée OH* et CH* de flammes de méthane (prémélange et diffusion), et on compare des signaux expérimentaux (locaux et intégrés) et des signaux synthétiques obtenus en ajoutant au modèle de chimie complexe un sous-modèle pour l'émission spontanée. Si les signaux locaux semblent mal se recouper, les signaux globaux calculés et mesurés, en revanche, sont en bon accord qualitatif. La simulation de l'absoption du rayonnement OH* à l'aide d'un modèle raie par raie, montre l'importance de ce phénomène à haute pression et explique une partie de l'écart quantitatif entre calcul et mesures. Enfin on traite des signaux expérimentaux (diffusion Rayleigh, absoption OH et LIF OH linéaire) obtenus sur des flammes à contre-courant H2/air, CH4/air et C3H8/air. Des modèles spécifiques (sections efficaces de diffusion Rayleigh ou module LASKIN décrivant la spectroscopie LIF de OH) permettent alors, à partir de calculs en chimie complexe, de reconstituer des grandeurs locales directement comparables à l'expérience. Grâce à la bonne similitude entre signaux simulés et mesurés on est en mesure de situer les limites des hypothèses de post-traitement.
Author: Guillaume Pilla
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Languages : fr
Pages : 174
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Book Description
La réduction des émissions polluantes est devenue un enjeu industriel majeur dans la conception des moteurs aéronautiques. Pour diminuer ces émissions une stratégie prometteuse est la combustion prémélangée pauvre. Cependant, les régimes de fonctionnement pauvre des brûleurs montrent souvent des problèmes de stabilité qu'il faut éliminer. Les travaux présentés ici concernent l'étude expérimentale de la stabilisation de flammes prémélangées pauvres par une décharge nanoseconde impulsionnelle répétitive produisant des impulsions de tension de durée 10 ns, d'amplitude 0-10 kV et à cadence jusqu'à 100 kHz. Nous montrons qu'il est possible d'étendre les domaines de stabilité de flammes propane-air prémélangées turbulentes vers des régimes plus pauvres, avec une puissance plasma très faible, inférieure à 1 % de l'énergie dégagée par la flamme. L'étude microscopique de l'interaction flamme/plasma montre que la décharge conduit à l'excitation de nombreuses molécules du gaz et à la création d'intermédiaires réactionnels accélérant la cinétique de combustion. L'étude de la température du gaz met en évidence un chauffage du gaz localisé dans la zone de la décharge de quelques centaines de degrés Kelvin. La conclusion de ces expériences est que la stabilisation étudiée ici est obtenue par un double effet chimique et thermique. L'implantation du dispositif de décharge plasma sur un injecteur propane-air swirlé et confiné de 50 kW montre la possibilité de stabiliser une flamme de ce type en créant une décharge sur le pourtour de l'injecteur
Author: Frédéric Aguerre
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Languages : fr
Pages : 207
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Book Description
Ce document présente l'étude de la structure des flammes laminaires étirées non prémélangées en régime stationnaire et en régime instationnaire. La démarche adoptée est de confronter les résultats d'expériences réalisées sur un bruleur laminaire à ceux obtenus par le calcul. Dans une première partie, la flamme stationnaire est analysée grâce à différents outils. Des simulations numériques sont menées dans une approximation monodimensionnelle. D'autre part, des mesures par diagnostic optique (diffusion Rayleigh, DRASC, PLIF, LVD) sont effectuées dans un brûleur en configuration stationnaire. Les résultats de ces mesures sont comparés a ceux des simulations numériques et permettent de valider le modèle de cinétique chimique utilisé. Dans la seconde partie de l'étude, la flamme est soumise à des perturbations instationnaires: variation temporelle du taux d'étirement et interaction flamme-tourbillon. Une première modification du montage expérimental permet d'introduire une variation sinusoïdale des vitesses d'injection. Les expériences réalisées utilisent l'émission spontanée du radical oh et la vélocimétrie laser résolue dans le temps. Les résultats confirment les tendances obtenues par les simulations numériques monodimensionnelles. Une modification supplémentaire du dispositif expérimental est réalisée afin de permettre l'envoi vers la zone de réaction d'un tourbillon torique. Les premières expériences, visualisation par tomographie laser et mesures des vitesses axiales, sont décrites. Différents régimes d'interaction sont mis en évidence. Les perspectives de développement sont évoquées.
Author: Claire Martel
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Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
Les modèles de combustion turbulente prémélangée basés sur le concept de flamelettes étudiés ici, en découplant la turbulence et la combustion, analysent la flamme comme une fine surface plissée et connectée par l'écoulement turbulent. Le taux de réaction par unité de volume est écrit comme le produit du taux de réaction par unité de surface de flamme (issu des calculs de structure de flamme laminaire) par la densité de surface de flamme (surface de flamme disponible par unité de volume). La densité de surface de flamme peut être obtenue soit par une expression algébrique à partir des caractéristiques géométriques de la flamme, soit à l'aide d'une équation exacte de transport. Certains termes de cette équation ne sont pas fermes et nécessitent une modélisation. L'essentiel de cette thèse est consacré à l'analyse expérimentale des modèles de densité de surface de flamme. L'étude a été menée sur une flamme de prémélange propane/air stabilisée par un barreau dans une conduite rectangulaire. Plusieurs diagnostics ont été mis en œuvre pour cette étude. L'imagerie d'émission spontanée C H fournit l'image de la zone de réaction. L'analyse de gaz donne la composition moyenne des gaz avec une assez bonne précision. La tomographie laser produit les caractéristiques géométriques instantanées puis moyennes du front de flamme. Enfin, la vélocimétrie laser Doppler détermine le champ de vitesse moyen et ses fluctuations. L'utilisation de toutes ces techniques pour différentes conditions opératoires nous a permis de constituer une base de données expérimentale complète et de préciser quelques caractéristiques de l'écoulement pour valider et améliorer certains termes des principaux modèles de flammelettes.
Author: Charles Endouard
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Depuis plusieurs années, les constructeurs automobiles suivent la voie du « downsizing » pour le développement des moteurs à allumage commandé. Ce procédé basé sur la réduction des cylindrées moteur combinée à la suralimentation a déjà fait ses preuves quant à son intérêt dans l'augmentation du rendement et la réduction des émissions polluantes des moteurs à essence. Les nouvelles conditions thermodynamiques, de turbulence et de dilution de ces moteurs engendrant de nouvelles possibilités de dilution dans les mélanges air/carburant, elles amènent également de nouvelles problématiques quant aux combustions anormales observées et l'apparition d'importantes variabilités cycliques. Ces travaux de thèse s'insèrent dans l'objectif de compréhension du comportement des flammes de prémélange d'isooctane/air en expansion dans des conditions représentatives d'un moteur « downsizé ». Leur étude a dans un premier temps été réalisée dans des conditions laminaires afin d'extraire les vitesses de flammes et longueurs de Markstein associées aux différents mélanges réactifs, et notamment sous forte dilution. Des corrélations ont alors été développées pour répondre aux besoins des modèles de simulation. Un nouveau dispositif de diagnostic optique a ensuite été employé pour améliorer la visualisation des flammes turbulentes en expansion. Une corrélation de coefficient correctif est ici développée pour remédier à la surestimation de vitesse engendrée par une visualisation Schlieren de ces flammes turbulentes. Une étude approfondie de l'influence des conditions thermodynamiques initiales, de la turbulence, ainsi que des caractéristiques diffusives du mélange air/carburant a par ailleurs été conduite afin d'isoler l'effet de chacun de ces paramètres sur le développement et la propagation de la flamme turbulente. Enfin l'effet d'une évolution simultanée des conditions thermodynamiques initiales similaire à celle d'une compression moteur a été étudié pour mieux appréhender les changements de comportement des flammes turbulentes dans des conditions plus représentatives du moteur à allumage commandé.
Author: Amal Bouamoul
Publisher:
ISBN: 9781412308298
Category : Flame
Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
Author: Patricia Dirrenberger
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La vitesse de flamme adiabatique est un paramètre clé dans l'étude de la combustion d'hydrocarbures. Elle joue en effet un rôle essentiel dans le domaine de la combustion, dans la mesure où elle est utilisée pour valider des modèles numériques, pour construire des brûleurs, ou encore pour prédire d'éventuels retours de flamme ou souffles de la flamme. Le but de cette thèse a été d'étudier les vitesses de flammes laminaires d'un grand nombre d'hydrocarbures présents dans les gaz naturels, les essences et les gazoles. Ce travail comprend une partie expérimentale et une partie de modélisation. La partie expérimentale a permis d'enrichir les bases de données de la littérature pour différentes compositions de mélanges air/hydrocarbures. Les travaux ont été effectués sur un nouveau montage mis au point au LRGP (Laboratoire Réactions et Génie des Procédés) pour la mesure de vitesses de flammes laminaires par la méthode du flux de chaleur à l'aide d'un brûleur adiabatique à flamme plate. Cette méthode est basée sur l'équilibre des pertes thermiques nécessaires pour stabiliser la flamme par le flux de chaleur convectif allant de la surface du brûleur vers le front de flamme. Le brûleur est constitué d'une plaque perforée montée sur une chambre de mélange des gaz et la mesure de la distribution radiale de la température est réalisée grâce à une série de thermocouples. Ce montage a d'abord été utilisé à pression atmosphérique et plusieurs températures pour la mesure de vitesses de flammes de composés gazeux (alcanes, alcènes, méthane enrichi en hydrogène ou oxygène, gaz naturels, mélanges méthane-éthane et méthane-propane) et de composés liquides (alcanes, éthanol, essences commerciale et modèle additionnées ou non d'éthanol, alkylcyclohexanes, alkylbenzènes). Le montage a ensuite été placé dans une enceinte pour pouvoir travailler avec des pressions pouvant théoriquement aller jusqu'à 10 atm. Les vitesses de flammes de deux composés ont été étudiées à température ambiante et à haute pression : un composé gazeux, le méthane, jusqu'à une pression de 6 atm et un composé liquide, le n-pentane, jusqu'à une pression de 4 atm. Une étude de modélisation a complété ce travail par l'utilisation de modèles cinétiques détaillés pour la combustion des composés étudiés. Ces modèles ont été testés par la simulation des résultats expérimentaux précédemment obtenus, dans des conditions de richesse, température et pression variées.
