CHAPITRE III : notion et modalisation de la
combustion
1) Introduction 38
2) Echelles caractéristique d'une flamme 41
3) Combustion laminaire 43
3.1) Flamme laminaire prémélangée 43
3.2) Flamme laminaire non prémélangée 45
4) La combustion turbulente 48
4.1) La combustion turbulente prémélangée
48
4.1.1) l'effet de la turbulence sur les flammes 49
4.1.2) L'effet inverse 49
4.2) Classification des flammes 49
6) Modélisation de la combustion turbulente 55
6.1) Modèle Eddy Break Up 55
6.2) Modèle EDM dans le code FLUENT 56
7) Variable d'avancement de la réaction 57
8) Conclusion 58
CHAPITRE VI : Résultats du calcul
numérique
1) Dispositif expérimental 60
1.1) La chambre de combustion 60
1.2) Le bruleur 61
2) Modélisation de la chambre de combustion 62
2.1) Géométrie de la chambre 62
3) Etude numérique du jet d'air turbulent dans la chambre
de combustion 62
3.1) Conditions aux limites 62
3.2) Maillage de calcul 63
3.3) Calcul de l'écoulement non réactif et
ajustement de la correction de POPE 64
3.3.1) Résultats du calcul 64
3.3.2) Coeur potentiel 66
4) Calcul de l'écoulement réactif du
méthane-ai 67
4.1) Les caractéristiques du mélange
(méthane/air) à l'entrée du bruleur 67
4.2) résultats de calcul 68
pour O = 0.6 68
Pour O=0.7 71
Pour O=0.8 72
5) Structure interne de la flamme 74
6) conclusion 77
Conclusion générale 78
Bibliographie 80
NOMENCLATURE
LETTRES LATINES :
m : Masse
: Masse molaire
R : Constante des gaz parfaits
n : Nombre de mole
p : Pression
Re : Nombre de Reynolds
t Nombre de Reynolds turbulent
Production d'énergie cinétique t :
Temps
: Tenseur des contraintes
|
:
|
:
:
|
Vitesse moyenne Vitesse instantanée
Vitesse fluctuante Vecteur vitesse
|
V* : Vitesse molaire
V : Vitesse massique
Y : Fraction massique
uL : Vitesse de la flamme laminaire
K : Coefficient d'équilibre
: Fraction de mélange
D : Diffusivité massique
lt : Echelle intégral
r : La taille de tourbillon
II
: Variable d'avancement
s : coefficient stoechiométrique
|
:
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Énergie sensible
Enthalpie sensible
Enthalpie de formation
Variations entropie de réaction
Variations enthalpie de réaction
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:
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: Énergie d'activation
Kf j : Coefficient de taux élémentaire d'aller
Krj : Coefficient de taux élémentaire de retour
[Xk] : Concentration molaire
A, B : Constantes de modèle EDM
?
: Flux de diffusion moléculaire
a : Nombre de Damköhler
Ka : Nombre de Karlowitz
?
S : Nombre de Schmidt
? ?? ?
? 0 ? S
(x, y, z) : Coordonnées cartésiennes
LETTRES GRECQUES :
: Taux de dissipation
: Delta de Kronecker
: Viscosité dynamique
: Viscosité turbulente
: Viscosité cinématique
: Tenseur des taux de rotation
III
: Masse volumique
: Tenseur des contraintes visqueuses
Tenseur de Reynolds
? : Taux de production de réaction
: Épaisseur de la flamme
: Richesse
: Dissipation scalaire de Z
: Coefficient stoechiométrique
Q : Quantité de chaleur libérer par la
combustion
: Épaisseur de la flamme
: La conductivité thermique
Taux molaire de production
:
: Petite échelle de turbulence
, : Coefficients de diffusion
IV
LISTE DES FIGURES
Figure (1) Evolution de la demande mondiale en énergie en
mégatonnes
équivalents pétrole de 1860 à 2004
1
Figure (2) Emission de CO2 équivalent à demande de
l'énergie mondiale 2
Figure (1.1): débit axial a travers un volume de control
11
Figure (2.1) :Le passage d'écoulement laminaire vers
turbulent 22
Figure (2.2) : Dessin schématique de la cascade de
KOLMOGOROV 25
Figure (2.3) :Cascade de Richardson 26
Figure (2.4) : La comparaison graphique des
déférentes simulations 28
Figure (3.1) : schéma d'une flamme
prémélangée 39
Figure (3.2) : schéma d'une flamme
non-prémélangée 39
Figure (3.3) : Schéma de la structure d'une flamme
laminaire de prémélangée
bidimensionnelle (gauche), et
d'une flamme de diffusion (droite) 40
Figure (3.4) : Système pratiques de combustion
classée selon le type d'introduction des
réactifs(prémélangée ou non) et la nature laminaire
ou turbulente de l'écoulement 41
Figure(3.5) : structure interne d'une flamme laminaire
stationnaire de mét 42
Figure (3.6) : schéma d'une flamme laminaire
prémélangée 43
Figure (3.7) : Structure d'une flamme laminaire
prémélangée 44
Figure (3.8) Profile d'une flamme laminaire non
prémélangée 45
Figure(3.10) :régime 1 de combustion 52
Figure(3.11) :régime 2 de combustion 53
Figure(3.12) :régime 3 de combustion 53
Figure(3.13) :regime4 de combustion ..54
Figure (3.14) : Diagramme de régimes de la combustion
54
Figure(3.15) : Définition de la variable d'avancement
57
Figure (4.1) : installation de combustion haute pression 60
Figure (4.2) : bruleur de prémélangée
(gauche) et grille de tranquillisation de la turbulence
(droite) 61
Figure (4.3) : Géométrie détaillée de
la chambre de combustion 62
Figure (4.4.1): Profile de vitesse d'entré (U) 63
Figure (4.4.2) : profile de l'énergie cinétique
turbulente K 63
Figure (4.5) : Maillage près de la zone d'injection 64
Figure (4.6) : vitesse axial [m2/s2] 65
Figure (4.7) énergie cinétique de turbulence k
[m2/s2] 65
Figure (4.8) : Vitesse axial (u) 66
figure (4.9) : énergie k 66
Figure (4.10) : Résidus du calcul pour une richesse de 0.6
68
Figure(4.11) : Champs de vitesse (m/s) 69
Figure(4.12) : Ligne de courants 69
Figure(4.13) : Energie turbulent k(m2/s2)
69
Figure(4.14) : Taux de dissipation e
(m2/s3) 69
Figure(4.15) : Température (K) 70
VI
Figure(4.16) : Taux de réaction ~
~ ) 70
Figure(4.17) : Fraction massique du CH4 70
Figure(4.18) : Fraction massique du CO2 70
Figure (4.19) : Maillage pour le calcul dans le cas de 71
Figure (4.20) : Les résultats des calculs pour 71
Figure(4.21) :champs de Température 72
Figure(4.22) : Fraction massique du CO2 72
Figure(4.23) : les résultats des calculs pour 8 72
Figure(4.24) : Champs de Température (K) 73
Figure(4.25) : Fraction massique du CO2 73
Figure(4.26) :Conteur de la variable d'avancement c
calculée pour les trois richesses 73 Figure(4.27) : Contours de la
variable d'avancement c mesurée pour les trois
richesses 74
Figure(4.28) : Différentes stations représentation
sur la flamme 74
Figure (4.29) : Variable d'avancement le long de l'axe pour une
richesse de 0.6 75
Figure (4.30) : Variation de la Température (K) dans les
trois stations 75
Figure(4.31) : Variation d'énergie turbulente k
(m2/s2) dans les trois stations 75
Figure(4.32) : Variation de la vitesse (m/s) dans les trois
stations 76
Figure(4.33) : Variation de taux de réaction m
~ ) dans les trois stations 76
Figure(4.34) : Structure de la flamme pour une richesse de 0.6
76
Figure(4.35) : Fraction massique du CO2 sur l'axe pour les trois
richesses 77
VII
LISTE DES TABLEUX
Tableau(1.1) : Enthalpies de formations pour
quelques espèces 8
Tableau (1.2) :valeurs de S et Y pour quelque réactions
10
Tableau(3.1) : échelles temporelles et spatiales pour les
flammes turbulentes prémélangées 51
Tableau(4.1) : les fractions massiques obtenues pour chaque
richesse. 68
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