Modélisation des transferts de chaleur par convention-rayonnement dans un four d'incinération des fumées de carbonisation du bois

Numerical modeling of heat transfer by convection-radiation in an incinerator of wood of carbonization fumes

• Auteur / Autrice : Mohamed Ammar Abbassi
• Direction : Belkacem Zeghmati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Transfert radiatif

Chaleur -- Convection

Résumé

Ce travail concerne une étude essentiellement théorique des transferts de chaleur et de masse par convection mixte couplés aux transferts radiatif et la cinétique chimique et dans l' incinérateur de fumées d'une unité pilote de carbonisation de bois avec récupération et incinération des fumées de pyrolyse. Un modèle thermochimique a été élaborée pour prédire les températures, les débits molaires (notamment le débit molaire responsable de l'emballement de la réaction d'incinération des fumées) et les concentrations en chaque zone de l'unité pilote. Les transferts radiatifs dans les fumées composées d'une phase gazeuse et de suies sont modélisés en appliquant le modèle de la somme pondérée des gaz gris. Nous avons appliqué la méthode des volumes finies et la procédure « blocked-off-region » pour modéliser les transferts radiatifs dans les fumées assimilées à un milieu semi-transparent. Les équations qui régissent les transferts par convection mixte couplés aux transferts radiatif et à la cinétique chimique sont résolues par la méthode des volumes finis, les algorithmes TDMA et SIMPLE. Nous avons analysé l'influence sur les transferts de l'’ombre causé par les chicanes, de l'épaisseur optique des fumées, du nombre de Boltzmann, du nombre de couplage conduction-rayonnement, des nombres de Reynolds et de Richardson. Ainsi, nous déterminé le meilleur emplacement des chicanes et montré notamment que l’augmentation de la fraction volumique des suies provoque une augmentation du flux radiatif et la présence de suies dans les fumées à une température différente de celle des fumées provoque un déséquilibre thermique radiatif. Le rapport entre les pressions partielles de H2O et CO2 n’influence pas le flux de chaleur au niveau des parois l'incinérateur. La quantité de chaleur engendrée par l'incinération des composants des fumées provoque une intensification et une homogénéisation des transferts d'autant plus importante que le mode de transfert prédominant est la convection forcée. Les résultats du modèle thermochimique sont en bon accord qualitatif et quantitatif avec nos résultats expérimentaux

This work deals with a theoretical study of heat and mass transfer by combined mixed convection, radiation and chemical kinetics in an incinerator of wood carbonization with recovery and incineration of the pyrolysis fumes. A thermochemical model was elaborated to predict the temperatures, molar flows (in particular molar flow responsible for the racing of the incineration reaction) and the concentrations in each zone of the pilot plant. The radiative transfers in the gas phase and soot are modelled by applying the weighted sum of the grey gases model. We applied the finite volume method and the ''blocked-off-region'' procedure to handle the complex geometries. The equations governing the transfers by combined mixed convection, radiation and the chemical kinetics are solved by the finite volume method, TDMA and the SIMPLE algorithms. We analyzed the shadow effect caused by the baffles, the fumes optical thickness, the Boltzmann number, the conduction-radiation parameter, Reynolds number and the Richardson number. We determined the best configuration of the baffles and shown that the increase in the soot volume fraction causes an increase in radiative heat flux and the presence of soot at a temperature different from that of the fume causes a radiative thermal non equilibrium. The partial pressure ratio of H2O and CO2 does not effect the radiative heat flux on the walls of the incinerator. The heat generated by the incineration of the fumes causes intensification and homogenisation of the transfers in a forced convection mode. The results of the thermochemical model are in qualitative and quantitative good agreement with the experimental results