Cinétique hétérogène pour la combustion de l’aluminium

par Julien Glorian

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Laurent Catoire.


  • Résumé

    L’objet de cette thèse a été d’évaluer l’importance de la chimie de surface pour la combustion des particules d’aluminium. En brûlant, ces particules apportent un supplément d’énergie au système et ainsi permettent une augmentation significative de l’impulsion spécifique des moteurs à propergol solide. Ce travail ajoute une partie chimie de surface aux simulations de combustion d’une goutte d’aluminium isolée. La modélisation multi-échelle a été utilisée afin de construire un mécanisme hétérogène. Des calculs de chimie quantique ont été entrepris afin de constituer une base de données valable pour la construction d'un mécanisme réactionnel détaillé hétérogène. Ce mécanisme permet d’interpréter la réactivité chimique sur une surface d'aluminium. Le mécanisme s’appuie sur plusieurs hypothèses, les premières tendances dégagées sont satisfaisantes et cohérentes avec certaines observations de la littérature. Un solveur cinétique de surface a été intégré à un code de mécanique des fluides (CPS) permettant la simulation d’une goutte d’aluminium isolée en atmosphère contrôlée. Les résultats de cette étude numérique sont directement comparés à des résultats expérimentaux issus de la littérature. Les temps de combustion et les tailles de résidu d’alumine estimés sont en global accord avec les mesures expérimentales rapportées dans la littérature du domaine. Deux paramètres semblent influer sur la chimie de surface : la nature des gaz et la taille des particules. Plus la taille des particules est petite, plus la chimie de surface est importante.

  • Titre traduit

    Heterogeneous kinetics for aluminum combustion


  • Résumé

    The aim of this study is to evaluate the importance of the surface chemistry involved in aluminum particle combustion. During the burning, aluminum particles add more energy to the system and significantly increase the specific impulse of solid rocket motors. This work provides a surface chemistry section to the simulation of single particle combustion. Multi-scale modeling is employed for the building of a detailed heterogeneous mechanism solving the chemistry on an aluminum surface. Quantum chemistry calculations are performed in order to establish a valuable thermodynamic and kinetic database for the building of the surface mechanism. Different assumptions are made to build the surface mechanism. Preliminary tendencies from zero dimensional calculation are satisfying and consistent with some literature observations. A surface kinetic solver has been added to a CFD code (CPS) that enables the simulation of single particle combustion. The numerical results are directly compared with experimental results from the literature. Estimated burning times and alumina residue show a decent agreement with experimental measurements from the literature. The atmosphere composition and the decreasing size of the particles make the surface chemistry more important.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (246 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 231

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  • Bibliothèque : Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées. Centre de Documentation Multimédia.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : THE 2014-07
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