Modélisation de la combustion turbulente pour l'amélioration de la prédiction des polluants dans un brûleur industriel

par Benoît Fiorina

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Nasser Darabiha.


  • Résumé

    Face aux contraintes économiques et environnementales, les concepteurs d'équipements thermiques industriels cherchent à maîtriser les systèmes de combustions. La simulation numérique est devenue un outil de développement aujourd'hui très répandu dans le secteur industriel. Pour prédire avec précision la forme de la flamme, le champ de température ou encore la formation des polluants, il est nécessaire de tenir compte des interactions entre la mécanique des fluides, la chimie et les transferts thermiques. Le développement d'un nouveau modèle de combustion turbulente fait l'objet de ce manuscrit. Une méthode de tabulation de la cinétique chimique, appelée FPI est introduite. Cette approche suppose que la structure chimique d'une flamme peut être reproduite à l'aide de flammes laminaires 1-D prémélangées adiabatiques. A l'aide de résultats obtenus sur des flammes 1-D à contre-courant, il est observé que ce modèle est adapté aux flammes prémélangées et à certaines flammes partiellement prémélangées. Il est notamment utilisé avec succès pour simuler des flammes partiellement prémélangées 2-D laminaires soumises à des pertes thermiques. La méthode FPI est introduite dans un modèle de combustion turbulente via des fonctions de densité de probabilité présumées. Une nouvelle loi de fermeture du taux de dissipation scalaire de l'avancement de la réaction, basée à la fois sur l'échelle de temps de la turbulence et sur la densité de surface de flamme, est proposée. Le modèle de combustion turbulente est appliqué successivement à deux configurations prémélangée et partiellement prémélangée, préalablement étudiées de manière approfondie en laboratoire puis à une chaudière industrielle.

  • Titre traduit

    Turbulent combustion modelling in order to improve the prediction of pollutant formation inside an industrial burner


  • Résumé

    In the view of economical and environmental constraints, industrial combustion system designers need both to optimise their process and to control pollutant emissions. Because of the progress in combustion modelling and the dramatic increase in computer power, numerical simulation is employed most oftenly in recent years. Combustion is the result of interactions between fluid dynamics, chemistry and heat transfers. In order to accurately predict the flame shape, the temperature distribution and the pollutant formation, one needs to take into account major properties of these phenomena. This manuscript deals with the development of a new turbulent combustion model. In order to take into account both the impact of heat losses and that of the detailed chemistry on hydrocarbon combustion, a tabulated chemistry method, called FPI, is introduced. This model assumes that the chemical flame structure can be mapped with a set of 1-D adiabatic laminar premixed flames. In the light of numerical results of 1-D counter-flow flames, it is observed that this assumption is valid for premixed and some partially premixed flames. The FPI model is successfully applied to 2-D partially premixed laminar flames submitted to heat losses. The FPI method is introduced in a turbulent combustion model using presumed PDF (Probability Density Function). A new closure for the scalar dissipation rate that includes an estimation of the coupling between flame wrinkling and micromixing is proposed. The turbulent combustion model is successively applied to premixed and partially-premixed flames, widely investigated in laboratories. Finally, the model is used to simulate an industrial high-power boiler.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 88 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 62827
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