Academic literature on the topic 'Brûleurs à gaz – Simulation par ordinateur'

Dans les foyers aéronautiques, une des stratégies adoptée pour réduire l'émission de polluants et faciliter la stabilisation de la flamme, est d'injecter séparément les réactifs dans la chambre de combustion. L'objectif de cette thèse est de développer et de valider l'approche LES (Large Eddy Simulation) de la combustion turbulente partiellement prémélangée dans les turbines à gaz. La conception des nouvelles chambres de combustion moins polluantes, passe par la compréhension de phénomènes instationnaires, tels que les instabilités de combustion. Dans ce contexte, des méthodes pour identifier la réponse de la chambre aux perturbations acoustiques, responsables des instabilités, sont étudiées et améliorées. Dans un premier temps, une étude bibliographique rappelle les caractéristiques essentielles de trois types de combustion rencontrés dans les turbines à gaz (prémélange, diffusion, prémélange partiel). Un état de l'art sur la réduction des schémas cinétiques est proposé à l'issu duquel des schémas cinétiques réduits à deux et quatre étapes sont présentés. Ces schémas ont été développés et validés dans cette thèse. Le modèle de flamme épaissie dynamiquement a été spécialement étendue dans cette thèse aux schémas cinétiques multi-réactions (DTF_MS) en prenant en compte les termes sources de toutes les espèces. Il est intégré dans le code LES AVBP. Ces modèles de combustion doivent prendre en compte les spécificités de la réaction et de l'écoulement: zones de mélange, prémélange à richesse variable, interactions flamme/turbulence, émission de polluants. La deuxième partie décrit les méthodes de mesure des fonctions de transfert. Deux méthodes (FTF et ITM), couramment utilisées numériquement et expérimentalement pour identifier la réponse de la flamme, sont comparées. La formulation FTF est améliorée pour être pleinement compatible avec les approches ITM dans le cadre de l'acoustique linéaire 1D. La troisième partie présente l'étude d'un brûleur propane/air, installé au laboratoire EM2C(Ecole Centrale, Paris). Cette partie représente un premier cas de validation de la LES réactive dans une configuration académique non prémélangée. Les nombreuses comparaisons avec l'expérience permettent de vérifier la qualité de la LES et de mettre en évidence les points à améliorer, en particulier la modélisation de la cinétique. L'évaluation de la réponse instationnaire de la flamme soumise à des perturbations acoustiques est réalisée en comparant les moyennes de phase LES/expérience et en déterminant les fonctions de transfert. Les résultats justifient l'utilisation des méthodes FTF étendues. Enfin, les simulations d'un prototype de brûleur industriel (installé au DLR Institut Technologique de Propulsion à Cologne) ont permis de valider différents points. Tout d'abord, elles montrent que les modèles de combustion sont applicables à une géométrie aussi complexe. Ensuite, elles permettent une première validation des modèles développés dans cette thèse. Les champs moyens obtenus avec deux schémas cinétiques (deux et quatre étapes) sont comparés. Enfin, elles rendent compte de phénomènes instationnaires complexes, tels que les PVC ("Precessing Vortex Core"), les couplages acoustique/hydrodynamique et les instabilités de combustion.

Cette these s'inscrit dans l'axe de recherche " hydrodynamique physique et physico-chimique des reacteurs polyphasiques du laboratoire d'ingenierie des procedes et de l'environnement. Le premier objectif est d'etendre les travaux de la mecanique des fluides numeriques (m. F. N. ) A l'analyse de l'hydrodynamique et du melange gaz-liquide et gaz-liquide-solide en airlift puis de tester les potentialites de la m. F. N. Pour reproduire le fonctionnement des colonnes a bulles. Puis le deuxieme objectif est de proposer des modeles beaucoup plus simples pour calculer les airlifts et les colonnes a bulles : modele filaire. Les resultats obtenus avec la m. F. N. Fourniront des fermetures aux problemes des modeles simples. Les resultats des simulations numeriques et filaires sont systematiquement compares aux resultats experimentaux
This thesis is in the axe of "hydrodynamic physics and physico-chemical of the multiphase devices of the laboratoire d'ingenieries des procedes et de l' environnement. The prime objective is to extend the existing work of computational fluid dynamics (cfd) by analysing the hydrodynamics and mixing in gas-liquid and gas-liquide-solid flows in airlift then to test the potentialites of cfd modelling to simulate bubble columns. The second objective is to propose simpler models to calculate the airlifts and bubble olumns : 1d model. The results obtained with cfd will provide closure relations for the problems of the 1d model. The results of the numerical simulation and 1d are systematicly compared to the experimental results

Une pile a combustible est un generateur d'energie electrique qui permet de transformer directement l'energie chimique du combustible en energie electrique. L'attrait des piles a combustible reside principalement dans les hauts rendements thermodynamiques des processus electrochimiques mis en oeuvre (de l'ordre de 80-90%) en cogeneration electricite-chaleur. Le developpement et le test de piles a oxydes solides met en oeuvre des materiaux couteux et des techniques experimentales pointues. Comme toujours dans pareil cas, la simulation est un outil attrayant. A partir de travaux existant sur la simulation d'une cellule unite, nous proposons un modele etendu a un empilement constitue d'un grand nombre de cellules. La simulation peut ainsi etre utilisee pour le developpement de systemes complets. Pour ce faire, on ne peut resoudre les equations fines utilisees sur la cellule unite en raison de la puissance de calcul des ordinateurs actuels et de leur capacite memoire limitees. Deux approches ont ete etudiees et comparees : l'utilisation des techniques d'homogeneisation, ou la cellule unite est vue comme un point ou un materiau homogene. La determination d'un comportement effectif d'une cellule unite, a partir d'un modele numerique de celle ci. La discretisation des equations obtenues par les deux approches a permis le developpement informatique d'un modele tenant compte des principaux phenomenes electrochimiques et thermiques mis en jeu. Le code resultant permet la simulation numerique en 3 dimensions d'espace du fonctionnement d'un coeur de pile au gaz naturel.

L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, ). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage two-way ) et interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. Les développements numériques apportés au modèle en conduite verticale et horizontale ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les tests de sensibilité ont mis en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence sur le comportement dynamique et thermique de la suspension
The aim of this work is to contribute to the numerical modeling of turbulent gas-solid flows in vertical or horizontal non isothermal pipes, which can be found in many industrial processes (pneumatic transport, drying, ). The model is based on an Eulerian-Lagrangian approach allowing a fine description of the interactions between the two phases (action of the fluid upon the particles (dispersion), action of the particles upon the fluid (two way coupling) and between particles (collisions)), more or less influential according to the characteristics of the flow. The numerical developments brought to the model in vertical and horizontal pipe flow have been validated by comparison with available experimental results from the literature. The sensitivity tests highlight the influence of the dispersion model, collisions and turbulence modulation on the dynamic and thermal behavior of the suspension

Cette étude porte sur les transferts couples de chaleur et de masse dans une feuille de papier soumise à un flux de chaleur infrarouge gaz. Un outil expérimental a été conçu afin d'obtenir des courbes caractéristiques de séchage infrarouge à forte densité de puissance pour différents types de papier. Le banc fixe de séchage ainsi construit, permet de mesurer en continu la masse et la température d'une feuille de papier soumise à un flux de chaleur par rayonnement, dans des conditions proches de celles rencontrées en papeterie. Les paramètres essentiels tels que la densité de puissance des brûleurs, le temps d'exposition et l’humidité initiale de la feuille de papier sont réglables. Une procédure expérimentale et un principe de traitement des données ont permis d'obtenir l’évolution de la température et de la masse moyennes d'une feuille de papier pour différentes conditions opératoires. Les principaux résultats liés aux cinétiques de séchage sont analysés. En s'appuyant sur une analyse bibliographique et après une étude comparative de différents types de modèle de séchage, un outil numérique de simulation a été développé. Basé sur un modèle de séchage par infrarouge adapte à la configuration du banc fixe, les équations de conservation de la masse et de l’énergie sont formulées en régime instationnaire pour une géométrie monodimensionnelle. Ces mêmes équations sont discrétisées selon la méthode des volumes finis, la résolution numérique du système non linéaire étant réalisée par itérations successives. Une étude de sensibilité permet une analyse des mécanismes fondamentaux liés au séchage et d’interpréter les résultats expérimentaux observés sur le banc de séchage. Les résultats du modèle sont par la suite comparés à ceux obtenus sur le banc fixe
This study deals with heat and mass transfer in a paper sheet exposed to gas infrared heat flux. An experimental tool has been developped to achieve characteristic high density infrared drying curves for different types of papers. The bench enables to continuously measure paper sheet mass and temperature. The infrared flux conditions are similar to those in paper machines. The infrared density is close to 100kW/m2. Paper exposition to infrared flux is inferior to a second. Critical parameters such as burners power density, exposure duration and initial moisture content of paper are adjustable. An experimental procedure as well as a data processing have led to a paper sheet average mass and temperature evolution in different operating conditions. Experiment with thermocouples inside a sheet of paper have also been carried out. Main results related to drying kinetics are analysed. Based on a litterature review and after a comparison of different drying models, a numerical tool has been developped. Adapted to the bench configuration, unsteady state energy and mass conservation equations for monodimensional geometry are formulated. An analysis on sensitivity enables both to understand mechanisms related to drying and to interpret experimental results from the rig. Following, results are analysed and compared with experimental data

L'optimisation des procédés, de plus en plus poussée et nécessaire pour remplir les exigences du marché, nécessite une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliques. Dans le domaine de la combustion, des outils d'analyse très performants ont été développés. Malheureusement ces outils sont souvent très chers et compliqués à mettre en œuvre et de ce fait ils sont accessibles uniquement aux grandes entreprises équipées de laboratoires importants. Le but du présent travail a été de développer des méthodes d'analyse performantes accessibles aux petites et moyennes entreprises (PME). Dans ce but, 3 outils ont été développés : - Un code de simulation numérique utilisant le modèle de la flamme cohérente. La convivialité étant une exigence primaire de la part des utilisateurs, le programme a été muni d'un interface graphique. - Une méthode d'analyse de gaz en continu permettant d'accélérer de 40 à 50 fois, par rapport à une méthode classique ‘pas à pas’, l'acquisition des valeurs de concentrations chimiques. - La tomographie de flamme, utilisant une méthode bien connue dans le domaine médical, permettant de visualiser le front de flamme dans un écoulement tridimensionnel d'un brûleur industriel. Mettant en œuvre du matériel existant ou du matériel standard à coût réduit, ces techniques devraient être a la portée de tout PME soucieuse d'améliorer ses méthodes d'analyse de brûleurs.

De récents travaux fondés sur des simulations cosmologiques ont montré l’importance de l'accrétion de gaz dans la formation des galaxies,parallèlement à la formation hiérarchique par fusion. Dans cette thèse, nous avons utilisé des simulations cosmologiques hydrodynamiques multi-zoom centrées sur un environnement dense, afin d’étudier en détail la formation des galaxies. Dans un premier temps, nous avons détecté les halos de matière noire et les galaxies à chaque sortie des simulations. Pour la détection des galaxies, nous avons exploré l'espace des paramètres afin de déterminer les paramètres idoines. Nous avons ensuite pu construire les arbre de fusions modélisant l'évolution des galaxies et des halos de matière noire. Nous avons ensuite étudié les propriétés de notre environnement et son influence sur la fonction de masse des halos et des galaxies, ainsi que son évolution temporelle. Nous avons trouvé une tendance hiérarchique, avec de petites structures qui se forment en premier avant de fusionner pour former des structures plus massives. Nous avons ensuite étudié le contenu baryonique de ces halos, et l'évolution de ces baryons dans quatre phases : étoiles, gaz diffus, condensé, et chaud. Finalement, nous avons étudié les relations entre la dispersion de vitesse et la masse des galaxies et des halos. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la manière dont les galaxies ont assemblé leur masse, en différeciant la masse assemblée par fusions et le gaz accrété par les filaments.