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Simulation Numérique de la Combustion Turbulent dans la Chambre de Combustion de la Turbine a Gaz MS5002C

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par nadjib GHITI
usthb - Magister en Aérodynamique et propulsion 2004
  

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Simulation Numérique de la Combustion Turbulent dans la Chambre de Combustion de la Turbine a Gaz MS5002C

< NADJIB. GHITI 1>*, < ABED ALHALIM. BENTEBBICHE 2 >*

< SAMIR. HANCHI 3>**

*Laboratoire de Mécanique Avancée - LMA, B.P : 32 Elia, 16111, Bab-Ezzouar, Alger.

** Laboratoire de Mécanique des Fluides, EMP, BP 17, Bordj El Bahri, Alger.

* ghitinadjib@yahoo.fr

Résumé

Ce travail permet d'étudier la combustion dans un environnement simulant le fonctionnement d'une turbine à gaz à échelle réel. Un autre objectif est l'étude paramétrique de l'effet de l'excès d'air sur les émissions des espèces polluants. La connaissance des effets de ces paramètres est importante pour la conception de la chambre de combustion. Le modèle K Epsilon est utilisé pour étudie la turbulence ainsi que le modèle à équations de transport des espèces chimiques basé sur le modèle EDM (Eddy Dissipation Model) est utilisé pour l'étude de la combustion, la méthode des volumes finis est utilisée pour discrétisé les équations de transport. La section d'injection de l'air est constituée par 80 trous de diamètre 7.5 mm la somme des surfaces de ces trous assimilé comme une espèce annulaire de section équivalente égale à 3534.29 . Le trou d'injection du carburant est égal à 490.87 . Pour différents excès d'air, une configuration bidimensionnelle axisymétrique est choisie pour simplifier le calcul.

Mot Clés : Turbine à gaz, Combustion turbulent, Non pré_mélange, Modélisation.

1. Introduction

En pratique, la réduction maximum de NOX (en mélange parfait) est difficile à atteindre (Vanoverberghe [9]). Fric [2] montre que les fluctuations spatiales et temporelles du taux de mélange augmentent la production de NOX. Le prémélange doit être bien réalisé et ne doit pas comporter d'inhomogénéités. Si ces conditions ne sont pas remplies, il apparaît des points chauds fortement émetteurs de NOX par la voie du NO thermique. Les NOX supplémentaires issus d'un mauvais mélange sont aussi dus en grande partie à des poches de gaz contenant une quantité importante d'oxygène (Shih [6]).

Hayashi [3] note également que les effets de l'inhomogénéité du prémélange sur le NOX sont plus importants pour des températures élevées et des hautes pressions. Ceci est dû à l'augmentation exponentielle de la production de NO-thermique avec la température et l'augmentation du taux de réaction plus élevée que le taux de mélange avec la pression empêchant l'homogénéisation juste avant la réaction (Sood [7]).

Shih [6] obtient une augmentation de la richesse d'extinction pauvre avec un mauvais mélange (spatial et temporel). Dans ce cas, c'est la fluctuation temporelle qui est à l'origine d'une dégradation de la richesse d'extinction pauvre. A l'inverse un gradient spatial peut améliorer la richesse d'extinction pauvre selon le principe de la flamme pilote.

Avec un injecteur sans swirl, Shih [6] et Venkataraman [10], obtiennent une diminution des instabilités lorsque le prémélange est parfait. La même remarque à été constatée par Brossard [1] sur un brûleur avec un swirl. Pour Khanna [4] la diminution des instabilités en prémélange s'explique par un changement de la fréquence de coupure de la flamme (100 Hz en prémélange contre une fréquence supérieure à 400 Hz en prémélange partiel). Il constate également que la différence d'instabilité entre un prémélange parfait et un prémélange partiel diminue lorsque l'on augmente la richesse.

Au contraire de ces études, Seo [5] et Taupin [8] obtiennent une augmentation des instabilités en prémélange parfait. Notre objective est la réalisation d'un modèle numérique de la chambre de combustion de la turbine à gaz MS5002C.

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