Développement d'une nouvelle méthode de réduction des schémas cinétiques : application au méthane

Developpement of a new chemical kinetics reduction technique : application to methane

• Auteur / Autrice : Olivier Gicquel
• Direction : Nasser Darabiha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétiques
• Date : Soutenance en 1999
• 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

Méthane

Combustion

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Réduction de schémas cinétiques

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réduction automatique de schémas cinétiques et ont pour but de prédire la formation des oxydes d'azote (NOx) dans des configurations industrielles, en particulier pour la combustion du méthane. Dans un premier temps, les différentes techniques classiques de réduction de schémas cinétiques, ainsi que les méthodes automatiques de réduction sont présentées. Une bibliographie exhaustive sur la méthode Intrinsic Low Dimensional Manifold (ILDM) et ses applications est fournie. La seconde partie du manuscrit porte sur la description détaillée de la méthode ILDM et sur la théorie mathématique sur laquelle elle repose. Des calculs simples de validation sont présentés. De plus, pour tester la réponse de la chimie réduite par l'ILDM à la présence d'un champ de turbulence, un calcul sur un code de simulation numérique directe réactif est proposé. Apres avoir présenté les limites de l'ILDM dans le cas du méthane, une nouvelle méthode de génération de schémas réduits est proposée (la méthode Flame Prolongation of ILDM (FPI). Des calculs de validations sur des flammes monodimensionnelles prémélangées libres et accrochées sur brûleurs montrent l'intérêt de cette approche. La méthode FPI est alors utilisée pour calculer des flammes partiellement prémélangées dans un brûleur de chaudière domestique laminaire. Les résultats sont validés en les comparant avec l'expérience. Une méthode pour calculer l'ensemble des composes azotes pour un coût réduit est ensuite présentée et validée dans des cas tests simples, pour finalement être appliquée aux différentes flammes partiellement prémélangées déjà présentées. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec les mesures. Les perspectives ouvertes par ce travail sont : l'utilisation de la méthode FPI pour l'optimisation de brûleurs laminaires et l'implantation de cette méthode dans un code de simulation aux grandes échelles et dans un code simulation de combustion turbulente.