Etude de la structure des flammes laminaires partiellement prémélangées dans une chaudière domestique modèle PDF Download
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Author: Virginie Quilichini
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 189
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Book Description
Le présent travail étudie et analyse la structure des flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées. L'intérêt de ces flammes réside dans le fait qu'elles sont caractéristiques de la combustion dans les chaudières domestiques. L'enjeu de la connaissance de la combustion dans de telles applications industrielles repose sur la maîtrise des émissions de polluants tels que les oxydes d'azotes qui découlent de leurs utilisations. L'analyse de ces flammes est basée sur l'étude numérique des phénomènes de combustionqui couplent la complexité des réactions chimiques à l'écoulement laminaire des gaz en interaction. Cette étude numérique est effectuée à partir du code de calcul industriel ESTET dans lequel nous avons implanté un modèle de combustion laminaire en chimie complexe. L'implantation de ce modèle a nécessité la mise en place de la cinétique chimique et de transport complexes, CHEMKIN et TRANSPORT respectivement, ainsi que par l'utilisation de mécanismes cinétiques contenant les espèces nécessaires à la combustion de méthane dans l'air en tenant compte des espèces azotées. Le code ainsi modifié a tout d'abord été utilisé dans une configuration de flamme prémélangée plate afin de valider les modifications introduites par comparaisons avec les résultats monodimensionnels du code PREMIX. Des tests de raffinements de maillage ont ensuite été réalisés sur une configuration bidimensionnelle de flamme totalement prémélangée afin de discuter de la taille minimale acceptable de maillage élémentaire à utiliser pour les calculs de flammes. Sur la base de ces validations numériques, quatre types de flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées du projet européen TOPDEC on été calculées par le code ESTET. L'arrivée de l'air et du combustible se fait sur deux entrées, primaire et secondaire, dinstinctes rendant les flammes totalement ou partiellement prémélangées avec une richesse d'entrée faible ou élevée suivant les cas tout en gardant constante la richesse globale (0.71). Trois flammes sont de type Bunsen, la dernière possède un insert placé dans le bec brûleur donnant lieu à une flamme de type flamme en V. Les résultats ont été comparés aux mesures expérimentales obtenues par différents partenaires du projet TOPDEC. Ces comparaisons ont montré la capacité prédictive et l'intérêt de l'outil numérique développé pour la chimie complexe. Nous avons, entre autres, pu prédire raisonnablement l'émission de l'oxyde d'azote dans le brûleur.
Author: Virginie Quilichini
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 189
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Book Description
Le présent travail étudie et analyse la structure des flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées. L'intérêt de ces flammes réside dans le fait qu'elles sont caractéristiques de la combustion dans les chaudières domestiques. L'enjeu de la connaissance de la combustion dans de telles applications industrielles repose sur la maîtrise des émissions de polluants tels que les oxydes d'azotes qui découlent de leurs utilisations. L'analyse de ces flammes est basée sur l'étude numérique des phénomènes de combustionqui couplent la complexité des réactions chimiques à l'écoulement laminaire des gaz en interaction. Cette étude numérique est effectuée à partir du code de calcul industriel ESTET dans lequel nous avons implanté un modèle de combustion laminaire en chimie complexe. L'implantation de ce modèle a nécessité la mise en place de la cinétique chimique et de transport complexes, CHEMKIN et TRANSPORT respectivement, ainsi que par l'utilisation de mécanismes cinétiques contenant les espèces nécessaires à la combustion de méthane dans l'air en tenant compte des espèces azotées. Le code ainsi modifié a tout d'abord été utilisé dans une configuration de flamme prémélangée plate afin de valider les modifications introduites par comparaisons avec les résultats monodimensionnels du code PREMIX. Des tests de raffinements de maillage ont ensuite été réalisés sur une configuration bidimensionnelle de flamme totalement prémélangée afin de discuter de la taille minimale acceptable de maillage élémentaire à utiliser pour les calculs de flammes. Sur la base de ces validations numériques, quatre types de flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées du projet européen TOPDEC on été calculées par le code ESTET. L'arrivée de l'air et du combustible se fait sur deux entrées, primaire et secondaire, dinstinctes rendant les flammes totalement ou partiellement prémélangées avec une richesse d'entrée faible ou élevée suivant les cas tout en gardant constante la richesse globale (0.71). Trois flammes sont de type Bunsen, la dernière possède un insert placé dans le bec brûleur donnant lieu à une flamme de type flamme en V. Les résultats ont été comparés aux mesures expérimentales obtenues par différents partenaires du projet TOPDEC. Ces comparaisons ont montré la capacité prédictive et l'intérêt de l'outil numérique développé pour la chimie complexe. Nous avons, entre autres, pu prédire raisonnablement l'émission de l'oxyde d'azote dans le brûleur.
Author: Corine Lacour
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Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
Les phénomènes physiques pilotant la stabilisation des flammes laminaires partiellement prémélangées sont étudiés à l'appui d'un brûleur domestique modèle. La structure et l'aérodynamique de la flamme sont caractérisées par Fluorescence Induite par Laser sur le radical OH et par Vélocimétrie par Images de Particules. Cette flamme est considérée comme deux flammes doubles adjacentes, chacune constituée d'une extrémité de flamme. La flamme double supérieure a un comportement similaire à une flamme d'un brûleur Bunsen : elle est stabilisée par un mécanisme d'accroche-flamme sur le brûleur et le sommet du cône est stabilisé par l'équilibre de la vitesse du front de flamme et de la vitesse de l'écoulement. La flamme double inférieure se stabilise au croisement de la ligne stoechiométrique et de la ligne iso-vitesse correspondant à la vitesse de flamme plane stoechiométrique. Cette base inférieure est soufflée lorsque ces deux lignes n'ont plus de point commun.
Author: CHAOUKI.. GHENAI
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Languages : fr
Pages : 255
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Book Description
CE MEMOIRE PORTE SUR L'ETUDE DE LA STRUCTURE ET DE LA DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES EN COMBUSTION PREMELANGEE. L'OBJECTIF GLOBAL DE CETTE ETUDE EST DE COMPRENDRE LES MECANISMES D'INTERACTION ENTRE LA STRUCTURE DE LA TURBULENCE ET LA DYNAMIQUE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES PAR LA MISE EN UVRE D'UNE DOUBLE APPROCHE: UNE APPROCHE EXPERIMENTALE, UTILISANT DES TECHNIQUES FIABLES ET AYANT UNE RESOLUTION SPATIO-TEMPORELLE APPROPRIEE, UNE APPROCHE THEORIQUE, UTILISANT LES MODELES DE COMBUSTION TURBULENTE LES PLUS RECENTS VISANT A LES VALIDER OU A LES AMELIORER. LA PRINCIPALE TECHNIQUE DE DIAGNOSTIC OPTIQUE UTILISEE EST LA DIFFUSION DE LA LUMIERE PAR EFFET RAYLEIGH. CELLE-CI EST APPLIQUEE A L'ETUDE DES FLAMMES DE PREMELANGE CONIQUES LAMINAIRES ET TURBULENTES. LES FLAMMES DE METHANE-AIR ETUDIEES SONT STABILISEES SUR DES BRULEURS DU TYPE BEC BUNSEN. LES MESURES CONCERNENT PRINCIPALEMENT LE CHAMP SCALAIRE INSTANTANE DES FLAMMES (TEMPERATURE OU DENSITE) EN UTILISANT LA TECHNIQUE DE DIFFUSION DE LA LUMIERE PAR EFFET RAYLEIGH EN UN OU DEUX POINTS. UN NOUVEAU DISPOSITIF EXPERIMENTAL A ETE CONCU ET DEVELOPPE DANS CETTE ETUDE ; IL PERMET D'EFFECTUER DES MESURES PAR EFFET RAYLEIGH DU CHAMP SCALAIRE EN DEUX POINTS SUIVANT LA DIRECTION RADIALE, AXIALE ET LE LONG DES CONTOURS OU LA DENSITE MOYENNE DE LA FLAMME RESTE CONSTANTE. POUR LA FLAMME LAMINAIRE, L'ETUDE A POUR BUT DE FOURNIR LES DONNEES NECESSAIRES SUR L'EPAISSEUR ET LA VITESSE DE PROPAGATION LAMINAIRE QUE NOUS UTILISONS DANS L'ESTIMATION DES PARAMETRES CONCERNANT LA DYNAMIQUE TEMPORELLE DES FLAMMELETTES AINSI QUE SUR L'EFFET DE LA GRAVITE (OU DE LA CONVECTION NATURELLE). POUR LA PREMIERE FOIS, LA TECHNIQUE DE DIFFUSION RAYLEIGH A ETE UTILISEE DANS L'ETUDE DE LA STABILITE DES FLAMMES LAMINAIRES PREMELANGEES. POUR LES FLAMMES TURBULENTES DE PREMELANGE DANS LE REGIME DES FLAMMELETTES, L'OBJECTIF ESSENTIEL DE CE TRAVAIL EST LA CARACTERISATION DE LA STRUCTURE ET DE LA DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DES FRONTS DE FLAMME INSTANTANES. LES MESURES PAR EFFET RAYLEIGH EN UN ET DEUX POINTS ONT PERMIS DE DETERMINER LES ECHELLES SPATIALES ET TEMPORELLES DE LA DYNAMIQUE DES FLAMMELETTES, LEUR VITESSE DE CONVECTION ET LEUR VITESSE DE PROPAGATION NORMALE, LE FACTEUR D'ORIENTATION DE LA NORMALE A LA FLAMMELETTE, LA DENSITE SURFACIQUE DE FLAMME AINSI QUE LE TAUX MOYEN DE PRODUCTION CHIMIQUE. CES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT COMPARES AUX PREDICTIONS DE DIVERS MODELES DE FLAMMELETTES, NOTAMMENT A CELLES DES MODELES PROPOSES PAR BRAY, MOSS, CHAMPION ET LIBBY
Author: Renan Hilbert
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
Ce travail présente l’étude de flammes turbulentes non-prémélangées et partiellement prémélangées par simulations numériques directes (DNS) en utilisant des modèles détaillés de chimie de transport. L’interaction entre une flamme H2/Air et un champ de turbulence est simulée et l’influence de la diffusion différentielle sur la structure de la flamme est qualifiée. On note en particulier l’absence de corrélation entre la température de flamme et le taux de dissipation scalaire quand un modèle de transport élaboré est utilisé, ainsi qu’une modification de la limite d’équilibre. Le ré-établissement de l’équation de flammelettes avec la prise en compte d’un nombre de Lewis non unitaire pour la fraction de mélange Z permet de prendre en compte, au moins partiellement, cet effet. Une simulation de l’interaction entre une flamme non-prémélangée H2/Air et une paire de tourbillons avec des modèles détaillés de chimie et de transport a été réalisée, post traitée et analysée. Une extinction de la flamme est observée et la structure partiellement prémélangée au bord de la zone réactive est étudiée. On montre que le radical OH est un bon traceur de la zone d’extinction de la flamme, mais qu’il ne « voit » pas l’intensification de l’activité chimique dans les zones partiellement prémélangées. L’auto-allumage d’une flamme turbulente non prémélangée a été examiné. Les résultats de DNS permettent d’extraire des informations sur la prévision de la localisation du premier site d’autoallumage, sur l’influence du modèle de transport et sur la structure partiellement prémélangée observée. La répétition des calculs permet une étude statistique de l’influence de la turbulence sur le temps d’allumage. Le test a priori d’un nouveau modèle de combustion turbulente basé sur le concept de densité de surface de flamme généralisée donne de premiers résultats prometteurs.
Author: Laurent Brion
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
L'ensemble du travail effectué dans cette thèse entre dans le cadre du développement de nouveaux outils de conception et d'optimisation appliqués à la conception de bruleurs et de chaudières domestiques fonctionnant au gaz naturel. Ainsi cette thèse est-elle consacrée à l'étude des flammes laminaires courbées de prémélangé de méthane-air à la pression atmosphérique représentatives des flammes des appareils domestiques. La prédiction numérique des flammes laminaires de prémélangé est réalisée sur la base d'un modèle de transport moléculaire multicomposant et d'une chimie détaillée. Pour ce faire, le code de calcul commercial de mécanique des fluides tridimensionnelle (PHOENICS) a été couplé aux bibliothèques de sous programmes CHEMKIN et TRANSPORT permettant le calcul des propriétés thermophysiques variables, de la cinétique chimique et des processus de transport multicomposant. Un mécanisme réactionnel de l'oxydation du méthane a été sélectionné afin d'étudier la structure chimique des flammes. Ce schéma cinétique en C1 fait intervenir 16 espèces chimiques et est composé de 46 réactions. La validation de l'interface été effectuée pour des flammes laminaires monodimensionnelles en comparant les résultats à ceux obtenus sur un code dédié à ce type de flammes (PREMIX). L'analyse de la structure de flammes bidimensionnelles de méthane a été menée. Les résultats obtenus sur une flamme à la stœchiométrie sont confrontés à des mesures détaillées de vitesses, de température et de concentrations d'espèces chimiques. Un bon accord est trouvé. Le recours à un modèle de chimie détaillée de l'oxydation du méthane s'avère nécessaire pour bien représenter les concentrations des radicaux, pour prendre correctement en compte la variation de la vitesse de flamme consécutive aux effets de courbure et aux pertes de chaleur à la paroi et permet alors de bien reproduire la dynamique et la forme de la flamme. L'interaction flamme-paroi est étudiée en examinant l'influence du flux de chaleur à la paroi dans le processus de stabilisation de la flamme et dans l'apparition d'espèces chimiques intermédiaires pouvant conduire à la formation de NO2. L'accès aux grandeurs de transport multicomposant a permis d'expliquer ces mécanismes. L'effet de la richesse est aussi étudié. Les limites d'une résolution découplée des équations de conservation au travers de l'algorithme SIMPLEST sont par ailleurs constatées.
