Etude de la structure des flammes laminaires partiellement prémélangées dans une chaudière domestique modèle

par Virginie Quilichini

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Nasser Darabiha.


  • Résumé

    Le présent travail étudie et analyse la structure des flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées. L'intérêt de ces flammes réside dans le fait qu'elles sont caractéristiques de la combustion dans les chaudières domestiques. L'enjeu de la connaissance de la combustion dans de telles applications industrielles repose sur la maîtrise des émissions de polluants tels que les oxydes d'azotes qui découlent de leurs utilisations. L'analyse de ces flammes est basée sur l'étude numérique des phénomènes de combustionqui couplent la complexité des réactions chimiques à l'écoulement laminaire des gaz en interaction. Cette étude numérique est effectuée à partir du code de calcul industriel ESTET dans lequel nous avons implanté un modèle de combustion laminaire en chimie complexe. L'implantation de ce modèle a nécessité la mise en place de la cinétique chimique et de transport complexes, CHEMKIN et TRANSPORT respectivement, ainsi que par l'utilisation de mécanismes cinétiques contenant les espèces nécessaires à la combustion de méthane dans l'air en tenant compte des espèces azotées. Le code ainsi modifié a tout d'abord été utilisé dans une configuration de flamme prémélangée plate afin de valider les modifications introduites par comparaisons avec les résultats monodimensionnels du code PREMIX. Des tests de raffinements de maillage ont ensuite été réalisés sur une configuration bidimensionnelle de flamme totalement prémélangée afin de discuter de la taille minimale acceptable de maillage élémentaire à utiliser pour les calculs de flammes. Sur la base de ces validations numériques, quatre types de flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées du projet européen TOPDEC on été calculées par le code ESTET. L'arrivée de l'air et du combustible se fait sur deux entrées, primaire et secondaire, dinstinctes rendant les flammes totalement ou partiellement prémélangées avec une richesse d'entrée faible ou élevée suivant les cas tout en gardant constante la richesse globale (0. 71). Trois flammes sont de type Bunsen, la dernière possède un insert placé dans le bec brûleur donnant lieu à une flamme de type flamme en V. Les résultats ont été comparés aux mesures expérimentales obtenues par différents partenaires du projet TOPDEC. Ces comparaisons ont montré la capacité prédictive et l'intérêt de l'outil numérique développé pour la chimie complexe. Nous avons, entre autres, pu prédire raisonnablement l'émission de l'oxyde d'azote dans le brûleur.

  • Titre traduit

    Study of the partially premixed laminar flame structure in a prototype domestic boiler


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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 87 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 61707
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