CARACTERISATION EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT DES FLAMMES NON-PREMELANGEES TURBULENTES GAZ NATUREL - OXYGENE PUR PDF Download
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Author: MARIO.. DITARANTO
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Languages : fr
Pages : 201
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Book Description
DANS UNE FLAMME NON-PREMELANGEE, LA SUBSTITUTION DE L'OXYGENE PURE A L'AIR DE COMBUSTION PROVOQUE UNE MODIFICATION DES PROPRIETES DE LA COMBUSTION EN TERME DE TEMPERATURE ADIABATIQUE ET CONSOMMATION ENERGETIQUE. DE PLUS, L'ABSENCE D'AZOTE DANS L'OXYDANT EVITE LA PRODUCTION DES OXYDES D'AZOTES (NOX). L'APPLICATION DE L'OXY-COMBUSTION AUX FOURS INDUSTRIELS DE VERRERIE CONSTITUE UNE EVOLUTION PAR RAPPORT AUX SYSTEMES A AIR PRECHAUFFE. NOUS AVONS ETUDIE EXPERIMENTALEMENT L'OXY-COMBUSTION DU GAZ NATUREL DEVELOPPEE EN AVAL D'UN BRULEUR COAXIAL A OUVREAU CONIQUE ET CYLINDRIQUE. LES CONDITIONS DYNAMIQUES INITIALES ONT ETE VARIEES EN MODIFIANT LE RAPPORT DES QUANTITES DE MOUVEMENT INITIALES DES JETS DE GAZ NATUREL ET D'OXYGENE TOUT EN CONSERVANT UNE PUISSANCE DE 25KW. AFIN DE PLACER L'ETUDE PROCHE DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT INDUSTRIELLES, LES FLAMMES ETAIENT CONFINEES DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION A PAROIS CHAUDES, DONT ON POUVAIT CONTROLER LES TEMPERATURES DE PAROIS ET LES CONCENTRATIONS D'OXYGENE ET CO 2 DANS LES FUMEES. L'OBJET DE L'ETUDE EST DE CARACTERISER L'OXY-COMBUSTION A L'AIDE DE LA VELOCIMETRIE DOPPLER LASER A DEUX COMPOSANTES, L'IMAGERIE DE L'EMISSION SPONTANEE DU RADICAL OH, LA STRIOSCOPIE, LA TOMOGRAPHIE LASER PAR DIFFUSION DES PARTICULES ENSEMENCEES DANS L'ECOULEMENT ET LA MESURE LOCALE DE CONCENTRATIONS DE CO 2, CO, O 2 ET NO. LES DONNEES RECUEILLIES CONSTITUENT UNE SOURCE D'INFORMATIONS SUR LE DEVELOPPEMENT DYNAMIQUE ET LES INTERACTIONS ENTRE LA TURBULENCE ET LA ZONE DE REACTION. LES DIFFERENTES METHODES DE VISUALISATION MONTRENT EGALEMENT LES INSTABILITES A GRANDE ECHELLE SE FORMANT DANS LES FLAMMES DE TAILLE SEMI-INDUSTRIELLE. LA SYNTHESE DES RESULTATS OBTENUS PERMET D'ETABLIR LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DES FLAMMES, LES SCHEMAS STRUCTURELS AINSI QUE LES PROPRIETES TURBULENTES CARACTERISANT LE MELANGE DANS LES FLAMMES NON-PREMELANGEES A HAUTE TEMPERATURE, EN FONCTION DU RAPPORT DES QUANTITES DE MOUVEMENT INITIALES.
Author: MARIO.. DITARANTO
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Languages : fr
Pages : 201
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DANS UNE FLAMME NON-PREMELANGEE, LA SUBSTITUTION DE L'OXYGENE PURE A L'AIR DE COMBUSTION PROVOQUE UNE MODIFICATION DES PROPRIETES DE LA COMBUSTION EN TERME DE TEMPERATURE ADIABATIQUE ET CONSOMMATION ENERGETIQUE. DE PLUS, L'ABSENCE D'AZOTE DANS L'OXYDANT EVITE LA PRODUCTION DES OXYDES D'AZOTES (NOX). L'APPLICATION DE L'OXY-COMBUSTION AUX FOURS INDUSTRIELS DE VERRERIE CONSTITUE UNE EVOLUTION PAR RAPPORT AUX SYSTEMES A AIR PRECHAUFFE. NOUS AVONS ETUDIE EXPERIMENTALEMENT L'OXY-COMBUSTION DU GAZ NATUREL DEVELOPPEE EN AVAL D'UN BRULEUR COAXIAL A OUVREAU CONIQUE ET CYLINDRIQUE. LES CONDITIONS DYNAMIQUES INITIALES ONT ETE VARIEES EN MODIFIANT LE RAPPORT DES QUANTITES DE MOUVEMENT INITIALES DES JETS DE GAZ NATUREL ET D'OXYGENE TOUT EN CONSERVANT UNE PUISSANCE DE 25KW. AFIN DE PLACER L'ETUDE PROCHE DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT INDUSTRIELLES, LES FLAMMES ETAIENT CONFINEES DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION A PAROIS CHAUDES, DONT ON POUVAIT CONTROLER LES TEMPERATURES DE PAROIS ET LES CONCENTRATIONS D'OXYGENE ET CO 2 DANS LES FUMEES. L'OBJET DE L'ETUDE EST DE CARACTERISER L'OXY-COMBUSTION A L'AIDE DE LA VELOCIMETRIE DOPPLER LASER A DEUX COMPOSANTES, L'IMAGERIE DE L'EMISSION SPONTANEE DU RADICAL OH, LA STRIOSCOPIE, LA TOMOGRAPHIE LASER PAR DIFFUSION DES PARTICULES ENSEMENCEES DANS L'ECOULEMENT ET LA MESURE LOCALE DE CONCENTRATIONS DE CO 2, CO, O 2 ET NO. LES DONNEES RECUEILLIES CONSTITUENT UNE SOURCE D'INFORMATIONS SUR LE DEVELOPPEMENT DYNAMIQUE ET LES INTERACTIONS ENTRE LA TURBULENCE ET LA ZONE DE REACTION. LES DIFFERENTES METHODES DE VISUALISATION MONTRENT EGALEMENT LES INSTABILITES A GRANDE ECHELLE SE FORMANT DANS LES FLAMMES DE TAILLE SEMI-INDUSTRIELLE. LA SYNTHESE DES RESULTATS OBTENUS PERMET D'ETABLIR LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DES FLAMMES, LES SCHEMAS STRUCTURELS AINSI QUE LES PROPRIETES TURBULENTES CARACTERISANT LE MELANGE DANS LES FLAMMES NON-PREMELANGEES A HAUTE TEMPERATURE, EN FONCTION DU RAPPORT DES QUANTITES DE MOUVEMENT INITIALES.
Author: Xavier Paubel
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
L'utilisation de combustibles à faible pouvoir calorifique, comme les gaz de rejets industriels ou les gaz dérivés du charbon ou de la biomasse, est une solution envisagée pour répondre à l'épuisement des ressources énergétiques fossiles traditionnelles, comme le gaz naturel et le pétrole. Les compositions variées de ces combustibles dans un domaine de faible PCI posent des problèmes cruciaux de stabilité de flammes et d'émissions polluantes. Un brûleur quadri-coaxial de 25kW a ainsi été conçu pour opérer avec des mélanges combustibles variés de gaz à faible PCI à l'aide d'un gaz d'appoint à plus fort PCI et d'oxygène comme comburant. Il se compose, du centre à la périphérie, d'injections successives d'oxygène (O2i), de gaz de haut fourneau (BFG), de méthane (CH4) et d'oxygène (O2e). La grande variété de flammes ainsi générées a été classée en différents modes de combustion. La flamme pilote CH4-O2e générée est toujours accrochée au nez de l'injection et garantit ainsi la stabilité de l'ensemble. La flamme centrale O2i-BFG peut rester accrochée au brûleur (type 1), ou se décrocher (type 2) et former une zone de réaction annulaire de type diffusion (type 2a) ou non-annulaire de type pré-mélangée (type 2b), ou enfin disparaître (type 3). Ces structures de flamme ont été caractérisées ^par imagerie et spectroscopie de chimiluminescence. Les champs aérodynamiques des écoulements réactifs et non-réactifs, ainsi que les champs de fraction de mélange non-réactifs ont été mesurés par PIV et PLIF. L'ensemble de ces résultats a permis de mettre en avant des échelles de longueur et de vitesse pertinentes pour la détermination de critères de stabilité sur la géométrie de ces flammes. La transition entre le type 1 et les autres est pilotée par une compétition entre la chimie de O2i-BFG et leur mélange organisé par les grandes structures. La transition entre les types 2a, 2b et 3 est décrite par le mélange de jets coaxiaux O2i-BFG et le rapport de leurs vitesses. Les paramètres déterminés à l'échelle du laboratoire ont ensuite été corroborés à l'échelle semi-industrielle de 500 kW.
Author: Nazim Merlo
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse est une contribution à l'étude des flammes de méthane turbulentes non prémélangées en rotation, dites swirlées, avec ou sans enrichissement en oxygène de l'oxydant. L'étude se focalise sur la stabilité de la flamme, les émissions polluantes et la dynamique du jet en non réactif et réactif. Notre dispositif expérimental se compose d'un brûleur à swirler coaxial avec injection radiale de méthane au voisinage de la sortie du brûleur. Ce dernier est confiné dans une chambre de combustion. La teneur en oxygène dans l'oxydant, le nombre de swirl géométrique et la richesse globale à l'injection sont les principaux paramètres qui peuvent être précisément contrôlés. La stabilité de la flamme est caractérisée par chimiluminescence OH*. Les émissions polluantes sont mesurées par des analyseurs en ligne via un prélèvement dans les gaz brûlés. La dynamique du jet est caractérisée principalement par PIV stéréoscopique dans un plan longitudinal et plusieurs plans transverses. La diffusion du méthane dans le jet swirlé est abordée qualitativement par fluorescence induite par laser de l'acétone dans un plan. À ce jour, peu de travaux portent sur la caractérisation notamment dynamique de ces flammes swirlées avec enrichissement en O2. La mise en rotation du jet est à l'origine d'une zone de recirculation centrale qui favorise la stabilisation de la flamme en régime pauvre et à grand nombre de Reynolds. L'étude des émissions polluantes montre que les régimes de combustion à l'air pour lesquels la flamme est liftée stable sont aussi ceux qui produisent du CO et du CH4 résiduel en des quantités non négligeables. L'enrichissement en oxygène permet alors de convertir les imbrûlés et ce pour de faibles enrichissements tout en améliorant la stabilité de flamme via une diminution de la hauteur d'accrochage et des fluctuations associées comme le confirment de précédentes études. L'augmentation des NOx par la voie thermique a été quantifiée pour des enrichissements en oxygène inférieurs à 30 % vol. L'étude systématique en non réactif et réactif apporte des détails sur la topologie tridimensionnelle du jet swirlé suivant les paramètres de l'étude. L'étude de la décroissance des vitesses et de la décroissance du nombre de swirl dans la direction de l'écoulement permetde mettre en évidence l'effet de la flamme sur le jet swirlé. Un couplage entre l'évolution du taux d'entraînement par la recirculation externe et les émissions polluantes est mis en évidence pour expliquer l'évolution des NOx suivant la richesse globale à l'injection. Nous avons proposé une modélisation des écoulements swirlés qui repose sur les écoulements à vorticité hélicoïdale afin d'identifier les caractéristiques principales des structures hélicoïdales au sein de l'écoulement.
Author: Cyrille Lesieur
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Languages : fr
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L'utilisation de l'oxy-combustion dans un brûleur à jets séparés ouvre des possibilités intéressantes de contrôle de la pollution et de modularité des propriétés de la flamme. Cette géométrie complexe peut conduire à des écoulements défavorables à la stabilisation d'oxy-flammes décrochées. Cette étude porte sur le développement d'outils numériques d'aide au dimensionnement de ces oxy-brûleurs à jets séparés. Les différents outils numériques employés et développés sont testés sur une version simplifiée du brûleur à jets séparés composée d'un jet central de gaz naturel entouré de deux injecteurs d'oxygène pur. Dans un premier temps, les caractéristiques aérodynamiques de l'écoulement inerte des différentes configurations du brûleurs sont simulées et comparées à l'expérience. Dans un deuxième temps, les caractéristiques des oxy-flammes laminaires de prémélanges et de diffusion sont étudiées. Dans un dernier temps, les résultats des flammes laminaires sont utilisés au sein d'une base de données pour reproduire le comportement en combustion de ces oxy-brûleur. Cette modélisation est basée sur une partition de la flamme turbulente en une zone partiellement prémélangée et une seconde zone lointaine de diffusion. La transition entre les deux régimes s'effectue dans l'espace de la fraction de mélange à travers une fonction reliée à la variable d'avancement. Les premières comparaisons avec les résultats expérimentaux sont encourageantes.
Author: Luc Salentey
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Languages : fr
Pages : 251
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Book Description
L’évolution des normes anti-pollution et l’optimisation des performances des chambres de combustion nécessitent le développement de nouveaux types de brûleurs et l’amélioration des techniques de combustion. L’utilisation de l’oxy-combustion dans des brûleurs à jets séparés offre des perspectives intéressantes dans la réduction des NOx et dans la modularité des propriétés des flammes (accrochage, topologie du front de flamme, longueur de flammes). La géométrie complexe de ces brûleurs pose certains problèmes comme le caractère tridimensionnel de l’écoulement, qui peut perturber la stabilité de la combustion car les flammes sont suspendues au-dessus du brûleur. Cette étude expérimentale traite d’une version simplifiée de ce type de brûleur comportant un jet central de gaz naturel entouré de deux injecteurs d’oxygène. Dans un premier temps l’étude des jets non-réactifs a été envisagée afin de comprendre les phénomènes dynamiques et de mélange entre les jets et de fournir une base de données pouvant servir à la validation de code de calcul. L’écoulement réactif, se développant dans un four simulant des conditions réelles d’utilisation, a ensuite été étudié. Les études du champ dynamique à l’aide de la Vélocimétrie Doppler Laser (LDV) et du mélange turbulent par tomographie Laser conditionnelle ont été complétées en combustion par la visualisation de l’émission spontanée du radical OH dans les zones initiales et finales des flammes, ainsi que par la mesure de polluants comme les NOx et les suies. Les mesures réalisées en variant les vitesses d’injection et l’écartement entre les jets ont permis de mettre en évidence l’influence de ces paramètres sur la stabilisation des oxy-flammes, ainsi que sur la modification de la topologie et des caractéristiques des écoulements. La comparaison des mesures effectuées dans l’écoulement non-réactif et dans l’écoulement réactif montre l’influence de l’oxy-combustion sur le développement dynamique et scalaire de ce type de brûleurs.
Author: JEAN CHRISTIAN.. SACADURA
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Languages : fr
Pages : 325
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Book Description
LES FLAMMES NON-PREMELANGEES HYDROGENE-OXYGENE STABILISEES SUR DES INJECTEURS DE TYPE COAXIAL ONT ETE ETUDIEES. LA TECHNIQUE DE VELOCIMETRIE DOPPLER LASER A ETE UTILISEE POUR CARACTERISER LES CHAMPS DYNAMIQUES. LA TOMOGRAPHIE LASER A PERMIS DE VISUALISER LA STRUCTURE INTERNE DU JET D'OXYGENE. LES MESURES DES COMPOSANTES DE VITESSE ET DES FLUCTUATIONS ASSOCIEES REALISEES SUR TROIS INJECTEURS DIFFERENTS ONT REVELE L'EXISTENCE DE TROIS ZONES PRINCIPALES DANS LES FLAMMES NON-PREMELANGEES HYDROGENE-OXYGENE : -LA ZONE DU JET D'OXYGENE -LA ZONE DE REACTION -LA ZONE D'EXPANSION LES EFFETS DE LA TEMPERATURE SUR L'AUGMENTATION DE LA VITESSE ET SUR L'ATTENUATION OU LA PRODUCTION DE LA TURBULENCE ONT ETE MIS EN EVIDENCE. PARALLELEMENT LES VISUALISATIONS DU JET D'OXYGENE ONT MONTRE L'INFLUENCE DE LA TURBULENCE DE L'ECOULEMENT SUR LA STRUCTURE GLOBALE DE LA FLAMME. LA DISSYMETRIE DES PROFILS MOYENS DE FLUORESCENCE, NOUS A PERMIS DE CALCULER LE COEFFICIENT D'ATTENUATION ET DE DEDUIRE LE COEFFICIENT D'ABSORPTION. LES VALEURS MOYENNES DU OH DANS LA FLAMME ONT CONTRIBUE A L'ESTIMATION DE LA POPULATION DU NIVEAU POMPE ET DE LA CONCENTRATION TOTALE DU RADICAL OH INTEGRE SUR LA ZONE DE REACTION.
Author: Bertrand Varoquie
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Languages : fr
Pages : 257
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Book Description
En simulation aux grandes échelles (LES), les grandes structures turbulentes sont explicitement calculées tandis que les effets des plus petites sont modélisés en utilisant des modèles de sous maille. Cette formulation permet en combustion turbulente de déterminer l'interaction entre les structures cohérentes, le dégagement de chaleur instationnaire et la pression acoustique qui est responsable du développement des instabilités de combustion. La validation de la LES en combustion non prémélangée, exige la connaissance du mélange entre les réactifs, de la position de la zone de réaction et la distribution des gaz brûlés. Ainsi la chambre de combustion utilisée pour cette étude est conçue pour faciliter le diagnostic optique (configuration bidimensionnelle) et les simulations numériques. Afin d'étudier la réponse de la flamme aux perturbations acoustiques longitudinales, un ingrédient clef pour prévoir et analyser les instabilités de combustion, la circulation d'air est modulée par des ondes acoustiques. Ainsi, la fonction de transfert de la flamme est alors déterminée en terme d'amplification et de déphasage (modèle n-tau). Les indices n et tau extraits à partir des simulations LES du même brûleur sont en accord avec les données expérimentales. La distribution des gaz brûlés et la fraction massique de propane ont été extraites en utilisant la PLIF simultanée sur le radical OH et la vapeur d'acétone tandis que la vitesse est mesurée avec la PIV. Ces diagnostics montrent que l'excitation acoustique module le mélange des réactifs et la distribution des gaz brûlés, mécanismes principaux de la stabilisation des flammes et que la LES reproduit les tendances observés.
