Numerical study of soot formation / oxidation mechanisms and radiative heat transfer in closed-and open - tip laminar diffusion flames

• Auteur / Autrice : Jorge Omar Contreras Rodriguez
• Direction : Jean-Louis Consalvi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 20/11/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Boulet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Legros, Alexis Coppalle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravité réduite

Transfert radiatif

Oxydation

Suie

Analyse

Flamme

Mots clés libres

Suie

Rayonement

Combustion

Flammes de diffusion

Extinction

Microgravité

Soot

Radiation

Combustion

Diffusion flames

Quenching

Extinction

Microgravity

Résumé

Microgravité éthylène laminaires couche limite flammes de diffusion générés par un brûleur poreux plat et caractérisées par les vitesses d'injection de carburant de 3 et 4 mm / s et une vitesse d'oxydation de 250 mm / s ont été simulées en utilisant un modèle de rayonnement précis, un mécanisme cinétique complète et un modèle de suie constitué de lancement par suite de la collision de deux molécules de pyrène, l'évolution de la surface hétérogène et oxydation suivant l'abstraction d'un atome d'hydrogène addition d'acétylène (HACA) mécanisme, la coagulation à particules de suie, et la condensation de la surface de l'HTAP. La distance d'écartement et la production de suie sont améliorées lorsque la vitesse du carburant augmente. H et des radicaux OH, responsables de la de-hydrogénation des sites dans le processus HACA, et le pyrène, de l'espèce pour la création de la suie et des processus de condensation HAP, se trouvent à être situé dans une région qui suit la distance stand-off. La suie est ensuite produite dans cette région et est transporté à l'intérieur de la couche limite par convection et thermophorèse. Perte radiatif est sensiblement plus élevé dans ces flammes que dans flammes de diffusion de gravité normales dues à beaucoup plus longues durées de séjour. Calculs effectués par négliger le rayonnement de la suie et en utilisant l'approximation optiquement mince (OTA) a révélé que la suie domine le transfert de chaleur par rayonnement dans ces flammes et que l'utilisation de l'OTA donne lieu à des écarts significatifs dans la fraction du volume température et la suie.

Microgravity ethylene laminar boundary layer diffusion flames generated by a flat porous burner and characterized by the fuel injection velocities of 3 and 4 mm/s and an oxidizer velocity of 250 mm/s have been simulated by using an accurate radiation model, a comprehensive kinetic mechanism, and a soot model consisting of inception as a result of the collision of two pyrene molecules, heterogeneous surface growth and oxidation following the hydrogen abstraction acetylene addition (HACA) mechanism, soot particle coagulation, and PAH surface condensation. Model predictions are in reasonable agreement with the experimental data in terms of the stand-off distance and soot volume fraction. The stand-off distance and soot production are enhanced as the fuel velocity increases. H and OH radicals, responsible of the de-hydrogenation of sites in the HACA process, and pyrene, of the species for soot inception and PAH condensation processes, are found to be located in a region that follows the stand-off distance. Soot is then produced in this region and is transported inside the boundary layer by convection and thermophoresis. Radiative loss is substantially higher in these flames than in normal gravity diffusion flames owing to much longer residence times. Calculations carried out by neglecting soot radiation and by using the optically-thin approximation (OTA) revealed that soot dominates the radiative heat transfer in these flames and that the use of OTA gives rise to significant discrepancies in temperature and soot volume fraction.