Validation des modèles de flammelettes instationnaires en combustion turbulente non-prémélangée PDF Download
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Author: Oleg Volkov
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 274
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Book Description
Author: Oleg Volkov
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Languages : en
Pages : 274
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Author: Eric Maistret
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 405
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Book Description
Ce travail porte sur la représentation et la simulation numérique de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente, et son application aux foyers aéronautiques. Apres avoir présenté les bases de l'aérothermochimie et les équations de la combustion turbulente, nous montrons que les diagrammes de combustion turbulente prémélangée indiquent que, dans les foyers aéronautiques, la combustion appartient probablement au régime de flammelettes. Le modèle de flamme cohérente est un modèle de flammelettes particulier, constitue d'un modèle global et d'un modèle local. Le niveau global comprend principalement une équation de transport pour la surface de flamme, qui représente les mécanismes physiques responsables de la convection, de l'accumulation, de la destruction des éléments de flamme. Le niveau local fournit les propriétés chimiques de cette surface, par l'étude des flammelettes laminaires étirées. Un certain nombre de développements du modèle sont décrits: équations pour les fluctuations de surface de flamme, prise en compte d'une richesse inhomogène, modèles mixtes prémélange-diffusion, calcul du monoxyde de carbone. L'accord avec les observations expérimentales dans des configurations simples est bon. La possibilité d'appliquer le modèle à des configurations industrielles tridimensionnelles complexes (chambre principale et foyer de rechauffe) et aux phénomènes instationnaires (allumage) est démontrée. Nous présenterons ensuite la méthode numérique utilisée pour résoudre le système d'équations, et étudions son influence, ainsi que celle du maillage, sur la solution obtenue. Enfin, une étude expérimentale de flammes stabilisées dans un conduit par deux types d'obstacles (stabilisateur en v et barreau cylindrique) montre l'effet de la richesse et du débit sur la structure de la zone de réaction, visualisée par spectroscopie d'émission de radicaux libres.
Author: Xavier Montazel
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Category :
Languages : fr
Pages : 271
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Ce travail porte sur l'étude expérimentale et la simulation numérique de la combustion turbulente dans les foyers de statoréacteurs a prises d'air latérales. Dans un premier temps, le montage expérimental et les différents diagnostics utilises sont présentes. L'écoulement moyen dans le foyer, avec et sans combustion, est étudié a l'aide de mesures de vélocimétrie a fil chaud, d'anémométrie Laser-Doppler, de visualisation des champs d'émission spontanée CH et de tomographie laser. Les résultats montrent que l'écoulement non réactif est le siège de battements antisymétriques des jets. L'écoulement avec combustion est stable pour la plupart des régimes pauvres mais devient instable pour les régimes riches. Il se développe alors un battement symétrique des deux jets incidents. Le second chapitre présente les bases de l'aérothermochimie et les équations de la combustion turbulente. Les diagrammes de combustion turbulente prémélangée indiquent que la combustion dans ce type de configuration appartient au régime de flammelettes. Le modèle de combustion utilise pour la simulation numérique est un modèle de flammelettes particulier, le modèle de flamme cohérente. Ce modèle, détaillé dans une troisième partie, est constitué d'un sous-modèle global et d'un sous-modèle local. Le niveau global comprend principalement une équation de transport pour la surface de flamme, qui représente les mécanismes physiques responsables de la convection, de l'accumulation et de la destruction des éléments de flamme. Le niveau local fournit les propriétés chimiques de cette surface. Une fermeture est proposée pour tous les termes inaccessibles directement, apparaissant dans l'équation de densité de surface de flamme. On s'intéresse en particulier aux effets de l'étirement, de la propagation laminaire de la flamme et de la courbure du front. Le programme de calcul utilise pour la validation de la modélisation décrite précédemment est présente au quatrième chapitre. L'influence de la méthode numérique utilisée ainsi que celle du maillage sont étudiées. Enfin, les développements du modèle de flamme cohérente sont valides sur la géométrie du statoréacteur à injection latérale. L'accord avec les données expérimentales s'avère globalement satisfaisant, même si de nombreux points restent encore à améliorer.
Author: Julien Savre
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 0
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Afin de pouvoir simuler la formation des principaux polluants au sein de foyers aéronautiques réalistes, un modèle de réduction de la chimie détaillée (FPI), basé sur la construction de tables à partir de calculs de flammes de prémélange laminaires élémentaires, est adapté et couplé au code d'aérothermochimie CEDRE de l'ONERA. Après une brève validation de ce modèle via la simulation de flammes laminaires canoniques, les interactions chimie/turbulence sont modélisées sous l'hypothèse des flammelettes, en approchant les PDF des paramètres d'entrée des tables par des fonctions beta. Cette approche complète est appliquée à la simulation numérique de l'écoulement au sein d'une configuration plus appliquée : la chambre PRECCINSTA. Ce cas bien connu a permis notamment l'évaluation des capacités du modèle dans un contexte plus industriel par comparaison des résultats de calcul aux données expérimentales disponibles. Il a en particulier permis de tester l'approche FPI étendue à la modélisation de la combustion partiellement prémélangée. Par ailleurs, l'utilisation d'un modèle de chimie réduite s'avère particulièrement appropriée pour prédire l'émission de substances polluantes, par exemple CO. Cependant, lorsque l'on considère la formation de NO, FPI ne peut pas être utilisé directement du fait de la lente dynamique chimique de cette espèce.Pour pallier à cette limitation, deux approches permettant de modéliser la production de NO au sein d'écoulements complexes sont proposées, fondées sur l'utilisation des tables chimiques FPI. Les capacités de ces modèles sont finalement analysées à l'aide de calculs effectués sur la configuration PRECCINSTA.
Author: Renan Hilbert
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Languages : fr
Pages : 216
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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: Karim Mokaddem
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Languages : fr
Pages : 195
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Dans cette étude notre intérêt s'est d'abord porté sur l'obtention du champ de concentration de méthane dans une flamme turbulente non prémélangée. L'obtention de ce champ scalaire est utile à la validation des codes de calcul et permet la visualisation des zones correspondant a la disparition du fuel. L'imagerie de diffusion de mie a été utilisée avec succès pour obtenir le champ de concentration de méthane. La particule de téflon s'est avérée être dans le cadre de notre écoulement un traceur fiable du méthane. Cette étude a permis de mettre en évidence le rôle de la zone de recirculation dans le processus de mélange du méthane et de l'air, de localiser la zone d'extinction et de réallumage. Il restait alors à mettre en évidence de manière qualitative, le mécanisme de stabilisation de cette flamme. L'intérêt de la visualisation d'écoulement par l'émission spontanée des radicaux c 2 a été démontré dans cette étude. L'imagerie rapide en émission spontanée C 2 a permis de mettre en évidence la présence de tourbillons de gaz en combustion éjectés de manière quasi régulière du haut de la zone de recirculation et stabilisant ainsi la partie supérieure de l'écoulement et le rôle prédominant des structures de grande échelle dans ce type d'écoulement. Un algorithme base sur l'inter corrélation d'images a été utilisé et a fourni des données de vitesse de déplacement de l'enveloppe de ces tourbillons. Une expérience de fluorescence induite des radicaux OH a été mise en œuvre afin de caractériser les zones de réaction dans l'écoulement. Les résultats ont montré l'existence d'une zone de réaction spatialement bien résolue à la périphérie de la zone de recirculation correspondant la combustion de produits issus de la décomposition du méthane et brûlant en contact du jet coannulaire d'air en produisant une quantité importante de radicaux OH. La nécessité de caractériser de manière instantanée les zones de réactions dans l'écoulement nous a donc amené à effectuer de l'imagerie simultanée de fluorescence OH et de diffusion de mie sur des particules de téflon.
Author: MARCEL.. OBOUNOU
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 198
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APRES UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PRINCIPAUX MECANISMES CINETIQUES GLOBAUX DE LA COMBUSTION DU METHANE, UNE DESCRIPTION DES MODELES DE COMBUSTION TURBULENTE POUR LES FLAMMES DE DIFFUSION EST FAITE. UNE AMELIORATION DU MODELE LAGRANGIEN DE COMBUSTION TURBULENTE M.I.L. EST PROPOSEE A TRAVERS UN CALCUL DE DELAIS D'IGNITION. CE CALCUL UTILISE UN MECANISME GLOBAL DE SIX REACTIONS A DIX ESPECES. UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION EST DONC ETABLIE POUR ETRE UTILISEE DANS LE CODE DE CALCUL CORA. CE CODE UTILISE UNE METHODE NUMERIQUE DE TYPE DIFFERENCES-FINIES. PAR AILLEURS, UN MODELE K- STANDARD PERMET DE CALCULER LES EVOLUTIONS DES VARIABLES DYNAMIQUES. LA VALIDATION DU MODELE M.I.L. AVEC LA PRISE EN COMPTE D'UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION, A ETE FAITE SUR UNE EXPERIENCE DE FLAMMES DE DIFFUSION TURBULENTE, QUI PRESENTENT DES ZONES D'EXTINCTION PARTIELLES ET DES ZONES DE REALLUMAGE. UN BON ACCORD EST OBSERVE ENTRE LES CALCULS ET LES MESURES DES VITESSES LONGITUDINALES ET DE L'ENERGIE CINETIQUE DE TURBULENCE. LE MODELE K- REPRODUIT RELATIVEMENT BIEN LE CHAMP TURBULENT. LES ZONES D'EXTINCTIONS PARTIELLES ET DE REALLUMAGES SONT RETROUVEES PAR LES CALCULS. TOUS CES RESULTATS DE CALCULS TENDENT A MONTRER QUE LE MODELE M.I.L., DOTE D'UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION EST CAPABLE DE SIMULER DE MANIERE SATISFAISANTE, LE COUPLAGE ENTRE LA TURBULENTE ET LA CHIMIE DANS LES FLAMMES TURBULENTES NON PREMELANGEES
Author: Nabil Belaradh
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Languages : fr
Pages : 194
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Book Description
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: Claire Martel
Publisher:
ISBN:
Category :
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: Ronnie Knikker
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 232
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Book Description
La simulation numérique est un outil important pour mieux comprendre et prédire les systèmes de combustion industriels, où interviennent des phénomènes physiques complexes à des échelles caractéristiques très variées. La simulation des grandes échelles (LES), où les grandes structures de l’écoulement sont calculées explicitement et l’effet des plus petites est modélisé, apparaît alors comme une approche particulièrement prometteuse. Elle nécessite Donc de disposer de modèles décrivant l’action des échelles non-résolues sur les échelles calculées. Le principal objectif de cette thèse est le développement et la validation de modèles de sous-mailles pour la simulation de la combustion turbulente prémélangée. L’étude expérimentale d’une flamme turbulente en V stabilisée derrière un obstacle a été réalisée au moyen de techniques de mesures avancées. Des visualisations du front de flamme instantané effectuées par fluorescence induite par laser ont permis l’analyse de la modélisation de sous-maille du taux de réaction. L’interaction de la flamme avec une onde acoustique a été étudiée car son mécanisme est considéré comme une étape importante dans le développement des instabilités de combustion. De larges structures cohérentes de la flamme ont été observées, ainsi que de fortes contributions du taux de réaction de sous-maille phénomènes qui doivent être reproduits par les modèles LES. Des analyses détaillées des données expérimentales ont conduit au développement d’un modèle basé sur la courbure de la flamme résolue. Ce modèle prédit une action importante du modèle de sous-maille dans les régions où le front de flamme résolu est fortement courbé, en accord avec les expériences. Un second modèle, basé sur le concept de similarité, désormais classique en modélisation pour la simulation des grandes échelles des écoulements non-réactifs, a également été proposé et testé. Un complément attractif à ce modèle a été développé par une extension originale de la théorie des fractals à là LES des écoulements réactifs. La modélisation fractale du taux de réaction de sous-maille est discutée et analysée à partir des données expérimentales. Une formulation dynamique de ce modèle a également été étudiée. Enfin, l’approche LES analysée dans ce travail a été implantées dans un code de calcul numérique existant et des premiers calculs de la configuration expérimentale ont été réalisés. Les aspects critiques de ces simulations sont discutés et les premiers résultats du modèle de similarité proposé sont comparés aux données expérimentales et à un modèle de sous-maille exitant.
