Etude d’une simulation numérique à trois dimensions des flammes de diffusion: Application, chambres de combustion à multi-brûleurs.

Abstract

Cette thèse concerne une étude de la simulation numérique tridimensionnelles des flammes de diffusion 11Tturbulentes non-prémélangée 11Tdans les chambres de combustion avec multi-brûleurs tourbillonnant11T. 11TEn effet, l’amélioration du mélange (air/méthane) permet de pallier de nombreux problèmes (stabilité de la flamme, émission de polluants, instabilités acoustiques, ...) tout en améliorant le rendement du brûleur. 11TL’effet de tourbillonnement sur les caractéristiques dynamique de l’écoulement du jet d’air isotherme soufflé à travers deux configurations géométriques du diffuseur a été étudie. Le premier diffuseur à une forme elliptique avec différents rapports d’aspect AR= a / b, où a et b sont la hauteur et la largeur du diffuseur respectivement, variant de 1, 2, 4 et 8, tandis que le second engendre des jets tourbillonnaires à travers un orifice muni d’ailettes inclinées de 60°. Les modèles de turbulence k-ε standard et RSM (Reynolds stress model) sont utilisés pour modéliser l’écoulement turbulent. Les résultats obtenus montrent que le brûleur tourbillonnaire est un élément essentiel dans les chambres de combustion modernes, car il favorise la stabilisation de la flamme et il est couramment employé pour mélanger efficacement le combustible (air/méthane). L’étude de la prédiction numérique d’une configuration géométrique avec un seul brûleur coaxial et multi-brûleurs tourbillonnant dans une chambre de combustion confinée apporte des détails sur la topologie des flammes de diffusion. Plusieurs facteurs qui influencent le processus de combustion sont examinés. Un des objectifs est d’étudier l’influence des mécanismes réactionnels sur la prédiction du champ dynamique de l’écoulement, de la température et les fractions massiques des espèces chimiques. Le modèle de turbulence RSM (Reynolds Stress Model) associé aux deux modèles de combustion ED « Eddy Dissipation » (6 espèces et 2 réactions) et la fonction de densité de probabilité PDF (fonction��, 9 espèces et 8 réactions) sont utilisés pour modéliser l’interaction chimique. Le calcul numérique à été effectué à l'aide du code Ansys-Fluent, la méthode numérique utilisée est celle des volumes finis avec un maillage non structure de type tétraédrique. Les résultats des simulations numériques obtenus sont confrontés aux résultats expérimentaux de Machover & Mastorakos (2017).