II-4-7-1 Effets de la forme de flamme sur le transfert
thermique
Il a été montré, expérimentalement
[25], que la forme de flamme avait également une influence sur le
transfert thermique et cela est relié au nombre de Reynolds des jets
d'air et de carburant. Pour des Reynolds faibles, on obtient une flamme courte
et le transfert thermique est réduit. Par contre, pour une flamme aux
nombres de Reynolds grands, on obtient une forme de flamme allongée et
le transfert thermique est significatif.
II-4-7-2 Effets de l'oxydant
La composition et la température de l'oxydant jouent des
rôles importants dans le transfert thermique.
II-4-7-3 Composition en Oxydant
Les expériences montrent que le transfert de chaleur
est plus élevé quand on injecte l'oxygène vers la flamme.
Mais le transfert thermique est plus uniforme en prémélangeant
l'oxygène avec l'air de combustion. Arnold [31] calcule le taux de
transfert thermique pour des brûleurs de gaz de ville avec l'air ou de
l'oxygène pur. Kobayashi et al [26] ont montré
théoriquement, comment le flux de chaleur est amélioré
sensiblement quand on utilise des quantités plus élevés
d'oxygène dans l'oxydant. De Lucia [25] a montré que l'emploi de
l'oxygène pour augmenter les performances des chaudières
industrielles est une solution très intéressante.
II-4-7-4 Orientations des jets
L'orientation des jets influe beaucoup sur la quantité
de chaleur dégagée par convection. La situation optimale du
transfert thermique est celle où l'angle entre les deux jets est de
l'ordre de 72° d'après Ay Su [11].
II-5 Mécanisme de combustion du C4H10
Le butane est un hydrocarbure de formule brute
C4H10 qui, lorsqu' il brûle complètement avec
l'oxygène, fournit du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau comme gaz
brûlés. La combustion du C4H10 se fait suivant la
réaction :
C4H10 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O (II-1)
En adoptant comme masse molaire :
MO =16g , MC=12.01g , MH=1.008g , MN=14.001g.
La réaction (II-1) montre que la combustion
complète d'un gramme de butane exige une masse d'oxygène
égale à 3.586 g.
Lorsque la combustion s'effectue dans l'air, il y a lieu de
considérer que ce dernier contient 21% en volume ou 23% en poids
d'oxygène, le reste étant pratiquement de l'azote qui
n'intervient pas dans la combustion. Dans ce qui précède, une
molécule d'air peut être représentée par le couple
fictif (O0.42, N1.58 ) de telle sorte que la réaction chimique du butane
avec l'air s'écrit :
C4H10 + 13/2 (O2 + â N2 ) 4CO2 + 5H2O + 2*
â N2 (II-2)
avec
â= 3.76
La connaissance du débit massique du combustible mf
et du comburant ma, nous permet de définir la richesse du
mélange ö :
.
mf
.
á m
ö (II-6)
a
= =
.
ás
? ?
? m f ?
.
? ?
? m a?s
Dans cette expression, l'indice s correspond aux conditions
stoechiométriques, c'est-à-dire qu'on suppose que la combustion
du butane est complète et se fait suivant la réaction
précédente. Dans ce cas, la richesse stoechiométrique
ás est donnée par :
.
? ? M
? f ? f
á = â
m (II-3)
= ( ) 0 . 1 9
=
s M
.
? ? 2 1 +
a
? m a ?
où Mf et Ma correspondent aux masses molaires
du butane et de l'air, respectivement.
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