Modélisation en chimie détaillée des flammes laminaires de bruleurs domestiques

Household burners laminar flames modelling with complex chemistry

• Auteur / Autrice : Laurent Brion
• Direction : Nasser Darabiha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Méthane

Flamme

Chaudières

Brûleurs à gaz

Résumé

L'ensemble du travail effectué dans cette thèse entre dans le cadre du développement de nouveaux outils de conception et d'optimisation appliqués à la conception de bruleurs et de chaudières domestiques fonctionnant au gaz naturel. Ainsi cette thèse est-elle consacrée à l'étude des flammes laminaires courbées de prémélangé de méthane-air à la pression atmosphérique représentatives des flammes des appareils domestiques. La prédiction numérique des flammes laminaires de prémélangé est réalisée sur la base d'un modèle de transport moléculaire multicomposant et d'une chimie détaillée. Pour ce faire, le code de calcul commercial de mécanique des fluides tridimensionnelle (PHOENICS) a été couplé aux bibliothèques de sous programmes CHEMKIN et TRANSPORT permettant le calcul des propriétés thermophysiques variables, de la cinétique chimique et des processus de transport multicomposant. Un mécanisme réactionnel de l'oxydation du méthane a été sélectionné afin d'étudier la structure chimique des flammes. Ce schéma cinétique en C1 fait intervenir 16 espèces chimiques et est composé de 46 réactions. La validation de l'interface été effectuée pour des flammes laminaires monodimensionnelles en comparant les résultats à ceux obtenus sur un code dédié à ce type de flammes (PREMIX). L'analyse de la structure de flammes bidimensionnelles de méthane a été menée. Les résultats obtenus sur une flamme à la stœchiométrie sont confrontés à des mesures détaillées de vitesses, de température et de concentrations d'espèces chimiques. Un bon accord est trouvé. Le recours à un modèle de chimie détaillée de l'oxydation du méthane s'avère nécessaire pour bien représenter les concentrations des radicaux, pour prendre correctement en compte la variation de la vitesse de flamme consécutive aux effets de courbure et aux pertes de chaleur à la paroi et permet alors de bien reproduire la dynamique et la forme de la flamme. L'interaction flamme-paroi est étudiée en examinant l'influence du flux de chaleur à la paroi dans le processus de stabilisation de la flamme et dans l'apparition d'espèces chimiques intermédiaires pouvant conduire à la formation de NO2. L'accès aux grandeurs de transport multicomposant a permis d'expliquer ces mécanismes. L'effet de la richesse est aussi étudié. Les limites d'une résolution découplée des équations de conservation au travers de l'algorithme SIMPLEST sont par ailleurs constatées.