Analyse expérimentale et simulation numérique de la combustion de prémélanges turbulents CH4+H2+Air

Computational analysis and experimental verification of premixed combustion of hydrogen methane/air mixtures

• Auteur / Autrice : Bariş Yilmaz
• Direction : Sibel Özdoğan, Iskender Gökalp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique - mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 22/12/2009
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Marmara üniversitesi (Istanbul)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de Combustion, Arothermique, Ractivit et Environnement
• Jury : Président / Présidente : Abdelkrim Boukhalfa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sibel Özdoğan, Iskender Gökalp, Abdelkrim Boukhalfa, Hasan Bedir
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkrim Boukhalfa, Hasan Bedir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthane

Teneur en hydrogène

Flamme

Simulation par ordinateur

Combustion

Mots clés libres

Flammes turbulentes de prémélange

Simulation numérique de flammes

Ajout d'hydrogène

Analyse des statistiques du front de flamme

Turbulent premixed flames

Numerical simulation of premixed flames

Hydrogen addition

Analysis of flame front properties

Résumé

L'influence de l'ajout d'hydrogène sur les flammes de premelange pauvre methane-air est simulée dans cette étude. Le modèle de la chambre a haute pression Orleans - ICARE (France), a été développé. Les propriétés du front de flamme sont examinées par deux modèles de combustion turbulente prémélangée, à savoir Zimont et Flamme Cohérente Model (CFM) modèles.Toutes les études de modélisation sont effectués avec le logiciel Fluent et les résultats sont comparés aux expériences. En suite, l'influence de la pression sur les statistiques de la front de flamme prémélangée a été examinée. Les simulations montrent que l'augmentation du ratio d'équivalence a diminué la hauteur des flammes et l'épaisseur de la flamme du méthane/air flames. D'autre part, l’ajout d’hydrogene de mélange pauvre méthane-air a modifié les propriétés de la flamme prémélangée. Lorsque le pourcentage volumique de l'hydrogène dans le mélange est augmenté, la position en hauteur de la flamme est réduite et l'épaisseur de la flamme devient plus mince. En outre, il a été observé que les propriétés de la flamme prémélangée ont été modifiées avec l'opération à des conditions de pression plus élevée.

Hydrogenated premixed methane/air flames under lean conditions are simulated in this study. The model of the high pressure chamber setup of Orleans - ICARE (France) has been developed. The flame front properties are investigated by two turbulent premixed combustion models, Zimont and Coherent Flame Model (CFM) models. All modeling studies are performed with Fluent software and compared to experiments. The influence of the pressure on the premixed flame front statistics has been examined as well. The simulations show that increasing the equivalence ratio decreases the flame tip height and the flame brush thickness for methane/air flames. In addition, enriching the methane-air mixture with hydrogen modifies the premixed flame front properties. When the volumetric percentage of hydrogen in the mixture is increased, the flame-end position is reduced and flame brush thickness becomes thinner. It is also observed that the premixed flame properties have been modified with operation at higher pressure conditions.