Contribution à la modélisation des flammes de prémélange partiel: Quantification du taux de dégagement de chaleur et du NO thermique

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Les modèles physico-mathématiques utilisés pour reproduire les phénomènesaérodynamiques et leurs interactions avec la chimie, sont validés sur desconfigurations de flammes de diffusion ou de prémélange. Cependant, cesconfigurations ne représentent que des cas limites, des flammes réelles, qui sedéveloppent en prémélange partiel. Ceci met en cause la validité de modèles citésquant à la description des situations réalistes.Dans ce contexte, le présent projet de thèse consiste en une contribution vers lamodélisation et l’analyse d’un ensemble de configurations de flammes turbulentespartiellement prémélangées. Trois différentes configurations sont présentées,analysées et discutées, par rapport aux données relatives à la température, à la fractionmassique du combustible et au monoxyde d’azote (NO).Dans la première partie, on propose une technique de réduction des émissions desoxydes d’azote (NOx) dans le cas d’une combustion turbulente de type méthane-air,au sein du brûleur (à échelle réelle) d’un four de cimenterie (ECDE, Chlef, Algérie).Une attention particulière est prêtée à la relation entre le taux d’émission etl’efficacité de la combustion. Le taux de pollution prédits par la simulation estsurestimé de 5% par rapport aux mesures effectuées sur site. Il est aussi montré, quele niveau de pollution peut être réduit d’environ 28 % en utilisant une techniqued’injection viciée (swirlée), pour l’air primaire qui alimente le four.La seconde partie, constitue la validation du modèle de LibbyWillimas-Poitiers(LW-P) sur une configuration de flamme turbulente (à échelle de laboratoire)stabilisée en sortie d’un brûleur dans un écoulement à richesse variable (brûleurICARE, Orléans, France). Les résultats de la simulation permettent de bien capter lecoeur potentiel de l’écoulement non réactif avec une surestimation de 7% par rapportaux données expérimentales. Une surestimation de 10% de la hauteur et l’épaisseurapparente de la flamme turbulente par rapport aux mesures, a pu être obtenue via unesimulation numérique par le biais du solveur Code_Saturne®.La troisième configuration consiste en une flamme de prémélange (SANDIA-D)riche stabilisée par une flamme pilote pauvre et par un courant d’air de dilution.Le modèle de prémélange partiel à Pdf présumée du solveur Ansys-Fluent® estutilisé pour exprimer l’interaction chimie-turbulence, permettant de donner unesolution initiale à la simulation effectuée par le modèle à Pdf transportée, sensécouvrir tout les régimes de combustion. Une fermeture des termes de micro-mélangepar le modèle IEM (Interaction by Exchange with the Mean) est associée à unerésolution Lagrangienne de type Monte-Carlo. Les résultats de la simulation pour lechamp thermique et la concentration du CO, montrent une sous-estimation de 5% parrapport aux mesures effectuées aux laboratoires Sandia. Physicalmodelsused to reproduce interactions between aerodynamics and chemistry phenomena are only validatedfor diffusion andpremixed flames. However, these configurations representonly limited casesof realistic flames which develop in partially premixing. This makes the validity of those models questionable regarding the description of realistic situations.In this context, the present thesis consists in an attempt to model and analyzeof several partially premixed flames. Three configurations are studied and discussed with respect to temperature, fuelmass fraction and NOdistribution. In the first section, we suggest atechnique for NOemissions reducing regarding a methane-air industrialburner,mounted on a full-scale cement furnace(ECDE, Chlef, Algeria).Here, emphasis was made on the relationship between combustion efficiency and nitrogen oxide emissions.The predicted pollution rate wasoverestimatedby 5% compared with in situ measurements. It wasalso shown that the emission rate can be reduced by almost 30% ifa swirlinginjection is ensured for theprimary air stream.The second partwas a pilot-stabilized turbulent premixed flame, subjected to a variable equivalence ratio(ICARE burner, Orleans, France). The results of the simulation predict quite well the potential coreof the flow by 7% compared with experimental data. Moreover, the visible flame length was overestimated by 10% forthe mean brush. The calculations were performed by means of the Code_SaturneTMsolver.Thethird configuration consistsof a rich premixed flame (Sandia-D) stabilized by both a poor pilotflame and a dilution air stream.The partially premixed model with a presumed Pdf of the Ansys-FluentTMsolver is used to express the chemistry-turbulence interactions,to provide an initial solution to the simulation performed by the Pdf transported, which is believed coveringall combustion regimes. The small scales mixing terms were determined by the Interaction by the Exchange with the Mean (IEM) model and solved using the Monte Carlo method.The results regarding temperature field and COmass fractionshow aslight underestimation of almost 5%,compared to Sandia laboratorymeasurements

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التعريف والنوع

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0eeed9e2-1fef-468d-9d8d-1f4b37ffd2ba

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0

نوع الوسائط

Crawler

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الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

2270517_1.pdf

بيانات النشر

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"الخرافي العربي","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"عبدالقادر مختار ديوشي","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"عبدالله بن عروس","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

French

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اسم المصدر

Contribution à la modélisation des flammes de prémélange partiel: Quantification du taux de dégagement de chaleur et du NO thermique

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ترجمة الملخص

: النماذج الفيزياء-رياضية المتوفرة والمستعملة لأجل التقاط الظواهر الحركية الهوائية وتداخلاتها مع الكيمياء, مثبتة حول نوعي الشعل إما المنتشرة أو الممزوجة. إلا انه, هذه الصور من الشعل لا تمثل ألا حالات حدية لشعل حقيقية تنتشر في صورة مزيج جزئي. هذا مما يشكك في صلاحية هذه النماذج فيما يخص تمثيل الحالات الحقيقية للشعل.في هذا السياق, العمل المنجز من خلال هذه الأطروحةيمثل مساهمة و التحليل لمجموعة من والمنتشرة على شكل خليط ) المنبعث من احتراق الميثان مع الهواء داخل فرن للاسمنت بحجم حقيقي لمؤسسة صناعة الاسمنت و مشتقاته (م.ص.أ.م, الشلف, الجزائر) . نحو العلاقة بين مقدار التلوث و فعالية الاحتراق.مقدار التلوث المتوقع من خلال المحاكاة يظهر مبالغة بمقار 5%بالمقارنة بين القياسات المنجزة .كما تم تبيين انه نسبة التلوث بنسبة %30باستعمال تقنية الحقن على هيئة دوامة للهواء الأوليالذي يغذي الفرن.القسم الثاني هو عبارة عن عرض و تقييم للنموذجLW-Pحولصورة لشعلة مضطربة بحجم مخبري مثبتتهفي خارج حارق في سيلان بتركيبة متغيرة ( حارق ICARE, أرليون, فرنسا). النتائج المتحصل عليها سمحت بالتقاط حسن لقلب جهد السيلان الغير المحترقمع زيادة في التقييمبمقدار 7% مع المعطيات التجريبية. زيادة في التقييم بمقدار 10 % لبرنامجAnsys-Fluent®للتعبير عن التداخل بين ظاهرتي الاضطراب و التفاعلات الكيميائية, بحيث سمح هذا مبدئي للمحاكاة المنجزة عن طريق نموذجبدالة كثافة الاحتمال منقولة, وهذا الأخيرصالح لجميع أشكال الاحتراق, كما انه تمتكميم المزيج على المستوى الغير المرئي بنموذج ملائم. أظهرت الحراري و تقييم بمقدار 10 %بالمقارنة مع التجربة

كلمات الباحثين

Prémélange partiel Turbulence, Taux de réaction Fonction densité de probabilité (Pdf) Modèle LW-P

إشراف وإعداد

الإشراف

الخرافي العربي, عبدالله بن عروس

الإعداد

عبدالقادر مختار ديوشي

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