Modélisation de la combustion turbulente par le modèle de flamme cohérente couplé à une méthode de réduction de cinétique chimique en vu de la prédiction de l'émission des polluants

par Weeded Ghedhaifi

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Denis Veynante.


  • Résumé

    Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire EM2C du CNRS et de l'ECP et l'industriel verrier Saint-Gobain. Nous nous sommes intéressés à la modélisation de la combustion turbulente et des émissions de polluants. Pour cela, nous avons développé un modèle de combustion turbulente basé sur le couplage entre le modèle de flamme cohérente CFM et la chimie détaillée. Le choix du modèle CFM repose sur sa capacité à décrire l'interaction entre le front de flamme et les structures turbulentes de l'écoulement dans lequel il évolue. Nous avons réalisé son couplage avec la chimie détaillée en utilisant des méthodes de tabulation de la cinétique chimique. Nous avons, ensuite, développé un modèle de traitement d'oxydes d'azote et plus particulièrement de NO thermique puisque les modèles existants se basent sur des hypothèses grossières qui ne permettent pas d'estimer les NOx produits de manière précise. Nous avons alors proposé une modélisation de la formation des NOx basée sur la chimie détaillée limitant ainsi les hypothèses requises. Pour tester ces modèles, nous avons réalisé des simulations numériques sur deux configurations 2D de laboratoire et une configuration 3D d'un brûleur de four verrier et ce sur les trois modes de combustion : prémélangée, partiellement prémélangée et non prémélangée. Les résultats obtenus sont très prometteurs et ont montré la capacité du modèle développé à décrire la combustion turbulente en y intégrant la chimie détaillée. De plus, le modèle de NOx a montré un comportement cohérent en fonction des principaux paramètres du problème. Il reste, toutefois, à être validé par des données expérimentales.

  • Titre traduit

    Turbulent combustion modelling using the coherent flame model and chemistry tabulation technique to predict pollutant emissions


  • Résumé

    The PhD was carried out in the EM2C Laboratory of CNRS and ECP and was supported by the glass industrial Saint-Gobain. The PhD work concerns turbulent combustion modelling and pollutant emissions. We developed a turbulent combustion model where the Coherent Flame Model (CFM) and detailed chemistry were combined. The CFM model was chosen since it provides a good description of the interaction between the flame front and turbulent scales in the considered flow. Detailed chemistry was introduced using a chemistry tabulation technique. We also developed a new model to predict Nitrogen Oxide production and thermal NO in particular. The existing models do not provide accurate estimations of NOx emission because of their simplified assumption. Then we developed a model using detailed chemistry considerations to decrease the required assumptions. To test these models, two simplified 2D configurations and a 3D configuration of glass furnace were used to carry out numerical simulations. The model was tested for the three combustion modes : premixed, partially premixed and non-premixed combustion. The numerical results are quite good and show the developed model capability of dealing with turbulent combustion where detailed chemistry is included. Furthermore, the NO modelling shows that the new model is able to predict a consistent behavior depending on the different parameters. However, the model needs to be validated using experimental measurements.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (II-188 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 98 références

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 63428
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