Analyse de la structure chimique des flammes d'ammoniac et d'ammoniac/hydrogène laminaires prémélangés

Chemical flame structure analysis of laminar premixed ammonia and ammonia/hydrogen flames

• Auteur / Autrice : Nour El baba
• Direction : Nathalie Lamoureux, Pascale Desgroux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energetique, thermique, combustion
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physico-Chimie de la Combustion et de l'Atmosphère

Mots clés

Mots clés libres

Combustion

Cinétique chimique

Émissions NOx

Diagnostics de spectroscopie laser

Flammes d'ammonia

Flammes d'ammonia/hydrogène

Combustion

Chemical kinetic

NOx emissions

Laser-based spectroscopic diagnostics

Ammonia flames

Ammonia/hydrogen flames

Résumé

Le travail de la thèse s'articulera autour de deux axes : 1-Construction d'une base de données expérimentales en flammes laminaires. Différentes flammes de prémélange seront stabilisées à basse pression ; NH3/O2/N2 avec différents rapport d'équivalence (NH3/O2), ainsi que des flammes où une faible fraction de NH3 sera substituée par de l'hydrogène. Les techniques de spectroscopie laser (Laser Induced Fluorescence, LIF et absorption) seront mises en place afin de mesurer dans ces flammes les variations des profils de concentration des espèces telles que : OH, NH, NO, ainsi que les profils de température. Ces techniques sont d'ores et déjà bien maîtrisées au laboratoire PC2A (https://pro.univ-lille.fr/nathalie-lamoureux/publications/#descr). Afin de compléter l'inventaire des espèces mesurables, la technique FTIR sera implantée afin d'obtenir les profils de concentration de NH3, H2O, NO2 et N2O. 2- Développement d'un modèle cinétique détaillé. Le travail de simulation cinétique sera effectué avec des codes de calculs (Chemkin-Pro, LogeSoft, Cantera) en utilisant dans un premier temps des modèles cinétiques de la littérature. Sur la base de la comparaison entre les prédictions et les expériences, le travail d'analyse cinétique permettra d'identifier les voies de formation des émissions polluantes NOx et N2O, ainsi que les conditions où les émissions de NH3 imbrûlé sont critiques. A l'issue du travail, un modèle cinétique détaillé et validé pour la prédiction des émissions sera proposé.

The work of the thesis will be articulated around two axes: 1-Construction of an experimental database in laminar flames. Different premixed flames will be stabilized at low pressure; NH3/O2/N2 with different equivalence ratio (NH3/O2), as well as flames where a small fraction of NH3 will be substituted by hydrogen. Laser spectroscopy techniques (Laser Induced Fluorescence, LIF and laser absorption) will be used to measure in these flames the variations of the concentration profiles of species such as OH, NH, NO, as well as the temperature profiles. These techniques are already well mastered in the PC2A laboratory (https://pro.univ-lille.fr/nathalie-lamoureux/publications/#descr). In order to complete the inventory of measurable species, the FTIR technique will be implemented to obtain the concentration profiles of NH3, H2O, NO2 and N2O. 2-Development of a detailed kinetic model. The kinetic simulation work will be carried out with calculation codes (Chemkin-Pro, LogeSoft, Cantera) using in a first step kinetic models from the literature. Based on the comparison between predictions and experiments, the kinetic analysis work will allow to identify the formation pathways of NOx and N2O emissions, as well as the conditions where unburned NH3 emissions are critical. At the end of the work, a detailed and validated kinetic model for emission prediction will be proposed.