CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'INFLAMMATION ET DE LA COMBUSTION DES MELANGES PAUVRES DE PARTICULES DE GRAPHITE-METHANE-AIR PDF Download
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Author: JOSE LEANDRO.. SIMOES DE ANDRADE CAMPOS Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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DEVELOPPEMENT D'UNE TECHNIQUE EXPERIMENTALE, ASSOCIEE A UNE APPROCHE THEORIQUE EN VUE DE PRECISER L'ENERGIE MINIMUM D'INFLAMMATION DES SYSTEMES DIPHASIQUES GAZ-PARTICULES SOLIDES ET DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES DE LA PROPAGATION DES FLAMMES DANS DE TELS SYSTEMES
Author: JOSE LEANDRO.. SIMOES DE ANDRADE CAMPOS Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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DEVELOPPEMENT D'UNE TECHNIQUE EXPERIMENTALE, ASSOCIEE A UNE APPROCHE THEORIQUE EN VUE DE PRECISER L'ENERGIE MINIMUM D'INFLAMMATION DES SYSTEMES DIPHASIQUES GAZ-PARTICULES SOLIDES ET DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES DE LA PROPAGATION DES FLAMMES DANS DE TELS SYSTEMES
Author: J. Raymond Bowen Publisher: ISBN: Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 694
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Dynamics of Explosions (Volume 106) primarily concerns the interrelationship between the rate processes of energy deposition in a compressible medium and the concurrent nonsteady flow as it typically occurs in explosion phenomena. Dynamics of reactive Systems (Volume 105--AD-A173 108) spans a broader area, encompassing the processes coupling the dynamics of fluid flow and molecular transformations in reactive media, and occurring in any combustion system. Major topics in this volume include: Flame acceleration and transition to detonation; Initiation and transmission of detonations; Detonation structure and limit propagation; Detonation kinetics, structure, and boundary effects; Explosions, shock reflections, and blast waves; Heterogeneous detonations and explosions; and Condensed phase shocks and detonations.
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L'AUTO-INFLAMMATION DE MELANGES COMBUSTIBLES A BASE D'HYDROCARBURES LEGERS - METHANE, ETHANE - DILUES PAR L'ARGON OU L'AZOTE A ETE ETUDIEE SUR UNE LARGE GAMME DE COMPOSITION ET DE PRESSION PAR LA TECHNIQUE DU TUBE A CHOC. DES CORRELATIONS ENTRE DELAI D'AUTO-INFLAMMATION, TEMPERATURE ET CONCENTRATIONS ONT ETE ETABLIES POUR DES MELANGES METHANE - OXYGENE - ARGON, METHANE - OXYGENE - AZOTE, ETHANE - OXYGENE - ARGON. L'INFLUENCE D'UN ADDITIF TEL QUE L'ETHANE, SECOND CONSTITUANT DU GAZ NATUREL, SUR LE DELAI D'AUTO-INFLAMMATION DE MELANGE METHANE - OXYGENE - ARGON A EGALEMENT ETE ETUDIE. UNE CORRELATION ENTRE COMPOSITION ET DELAI EST PROPOSEE POUR CES MELANGES. A PARTIR DE CES DELAIS NOUS AVONS EVALUE LA SUSCEPTIBILITE A LA DETONATION DES MELANGES METHANE - AIR, ETHANE - AIR ET GAZ NATUREL - AIR. DE CETTE ESTIMATION, NOUS AVONS ETABLI DEUX CLASSES DE MELANGES ; CEUX POUR LESQUELS LE FRONT DE FLAMME EST SUSCEPTIBLE DE SE PROPAGER EN REGIME DE DETONATION DANS UN CONDUIT CYLINDRIQUE D'UNE PART, ET CEUX POUR LESQUELS LA DETONATION NE PEUT PAS SE DEVELOPPER D'AUTRE PART. L'INFLUENCE D'OBSTACLES REPETES SUR LA PROPAGATION DES FLAMMES DE CHACUNE DE CES CLASSES DE MELANGE A ETE OBSERVEE, DE FACON QUALITATIVE, DANS UNE ENCEINTE CYLINDRIQUE DE RAPPORT LONGUEUR SUR DIAMETRE DE 20
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Les processus physico-chimiques de propagation des détonations dans les mélanges hétérogènes gaz-particules solides ou gaz-gouttelettes liquides ont été analysés à partir de simulations numériques de la structure cellulaire de détonation. Dans le cas des suspensions de particules d'aluminium, deux modèles de combustion ont été incorporés au code de calcul EFAE du LCD. En utilisant un seul paramètre d'ajustement pour se calibrer sur les résultats expérimentaux existants, on obtient des valeurs raisonnables de la largeur caractéristique de la structure cellulaire lambda = 40 cm pour le mélange Al / Air et lambda = 5-10 cm pour le mélange Al/O(2). L'influence du diamètre des particules dpo a été mise en évidence sur les longueurs de zones d’induction Li et de combustion Lc (Li ~ dpo et Lc ~ dpo (1.8) ) et sur la structure cellulaire lambda ~ dpo1.4. Contrairement au cas des détonations gazeuses, l'inflammation des particules n'a pas lieu derrière les points triples, mais dans les zones de basse pression où la concentration en particules est plus faible, permettant ainsi leur inflammation rapide. Le régime hélicoïdal de détonation a été simulé pour la première fois dans les mélanges de particules d'aluminium en suspension dans une atmosphère gazeuse oxydante. Les valeurs du rayon critique de détonation Rc et de l'énergie critique d’initiation Ec (obtenues par extension des corrélations établies dans les gaz) ont été prédites : Rc = 1 m, Ec = 10(5) J (Al / O(2)) et Rc = 8m, Ec = 5.12 x 10(7) J (Al / Air). Elles sont confirmées par les expériences existantes. Dans le cas d'aérosols de gouttelettes d'hydrocarbures, un modèle d'évaporation basé sur le mode dit de « stripping » derrière un choc et sur le régime diffusif, couplé à une cinétique chimique à deux étapes (induction-combustion) a été incorporé au code. Les premières simulations de la structure cellulaire pour les mélanges air-octane mènent à une taille de cellule en accord avec les résultats expérimentaux existants (lambda = 4,5 cm).
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CETTE ETUDE PORTE SUR L'INFLAMMATION DE MELANGES HYDROGENE-AIR-VAPEUR D'EAU ET HYDROGENE-AIR-DIOXYDE DE CARBONE PAR UN JET TRANSITOIRE D'HYDROGENE ET D'ARGON DONT LA TEMPERATURE INITIALE EST COMPRISE ENTRE 750 ET 3000 K. LES ESSAIS D'INFLAMMATION SONT REALISES POUR UNE PRESSION INITIALE COMPRISE ENTRE 100 ET 500 KPA, ET UNE TEMPERATURE INITIALE VARIANT ENTRE 298 ET 403 K. LE SYSTEME EXPERIMENTAL CHOISI EST UN TUBE A CHOC, POUR LA PRODUCTION DU JET DE GAZ CHAUDS, COUPLE A UNE CHAMBRE DE COMBUSTION CONTENANT LE MELANGE COMBUSTIBLE. L'INJECTION SE FAIT AU TRAVERS D'UN ORIFICE DE 2,5 MM DE DIAMETRE PERCE DANS UNE PLAQUE DE 0,4 MM D'EPAISSEUR. UN PARAMETRE IMPORTANT A ETE MIS EN EVIDENCE, LA TEMPERATURE LIMITE ASYMPTOTIQUE DU JET, EN-DESSOUS DE LAQUELLE LE JET NE PEUT PROVOQUER L'INFLAMMATION D'UN MELANGE PAUVRE HYDROGENE-AIR. L'INFLUENCE DE DILUANTS TELS QUE LA VAPEUR D'EAU OU LE DIOXYDE DE CARBONE SUR L'INFLAMMATION DE MELANGES HYDROGENE-AIR A ETE ETUDIEE. LA CONCENTRATION MINIMALE EN DIOXYDE DE CARBONE ET EN VAPEUR D'EAU NECESSAIRE POUR RENDRE LE MELANGE ININFLAMMABLE A ETE DETERMINEE POUR DIFFERENTES CONDITIONS INITIALES. A TEMPERATURE ET PRESSION INITIALES RESPECTIVEMENT DE 403 K ET 100 KPA, DES DIAGRAMMES D'INFLAMMATION PAR JET ONT ETE DETERMINES ET UNE COMPARAISON AVEC LES LIMITES D'INFLAMMABILITE DONNEES DANS LA LITTERATURE A ETE FAITE. ENFIN, L'INFLUENCE DE L'ADDITION DE DIOXYDE DE CARBONE OU DE VAPEUR D'EAU DANS LE MELANGE HYDROGENE-ARGON CONSTITUTIF DU JET SUR LES LIMITES D'INFLAMMATION A ETE DETERMINEE. UN BON ACCORD A ETE TROUVE ENTRE LA LIMITE INFERIEURE D'INFLAMMATION PAR JET ET LA LIMITE INFERIEURE D'INFLAMMABILITE. PAR CONTRE, LA LIMITE D'INFLAMMATION SUPERIEURE PAR JET EST EN-DESSOUS A LA LIMITE SUPERIEURE D'INFLAMMABILITE. L'INFLAMMATION DEPEND DE LA NATURE DES GAZ EJECTES, D'OU DES RADICAUX PRESENTS DANS LE JET POUR FACILITER L'INFLAMMATION
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Dans le cadre des opérations de démantèlement des centrales nucléaires UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz), l'occurrence de phénomènes indésirables, tels que l'inflammation et l'explosion de poudres, ne peut pas être systématiquement exclue. Plus particulièrement, le risque d'inflammation et d'explosion de poussières de graphite, pur ou mélangé avec des impuretés métalliques telles que des particules de magnésium ou de fer, nécessite d'être évalué de façon plus approfondie. Les travaux de cette thèse s'inscrivent donc dans ce contexte et ont deux objectifs principaux : l'évaluation expérimentale de l'explosivité et sa modélisation. 1. L'évaluation expérimentale de l'explosivité des poudres d'intérêt a été réalisée tant en termes de sensibilité à l'inflammation, en couche et en nuage, que de sévérité à l'explosion. En effet, les caractéristiques explosives d'une poussière ou d'un mélange sont fortement influencées par plusieurs paramètres. Ils dépendent d'une part des conditions opératoires, tels que la turbulence, la température et l'énergie d'inflammation, et d'autre part, des propriétés physico-chimiques et de la composition des matériaux. Cette étude s'est focalisée sur des poudres pures de graphite, de magnésium et de fer de taille micrométrique et sur leurs mélanges, dans un éventail de concentrations d'intérêt industriel. Nous avons constaté que l'introduction de métaux peut changer en premier lieu l'étape limitant la vitesse de combustion du graphite. Tout d'abord, les phénomènes cinétiques limitant de l'oxydation du graphite ont été distingués de ceux des métaux (respectivement, réaction hétérogène ou flamme de diffusion gazeuse). En deuxième lieu, il est apparu que la flamme peut être épaissie par la présence du rayonnement lors de la combustion du métal, alors que ce phénomène est négligeable pour le graphite pur. Enfin, la turbulence initiale du nuage de poussière peut être elle aussi modifiée par l'ajout d'une deuxième poudre en vue des caractéristiques granulométriques et de densité différentes. Une étude paramétrique a donc été réalisée afin d'évaluer l'explosibilité des mélanges considérés en prenant en compte les effets de l'humidité relative des poudres, de leur distribution granulométrique, de la puissance de la source d'ignition, de la turbulence initiale du milieu et de la composition. Pour ce faire, nous avons utilisé à la fois des appareils et des technologies conventionnelles, tels que la sphère de 20 litres, la vélocimétrie par images de particules et la thermogravimétrie, mais également des nouvelles installations dédiées à la caractérisation des écoulements turbulents transitoires lors de la dispersion des poudres dans la sphère d'explosion et à l'étude de la propagation d'une flamme en milieu semi-confiné. Il a été clairement démontré que l'ajout de poudres métalliques influence l'aptitude à enflammer le nuage de poussière. L'énergie et la température minimale d'inflammation diminuent fortement lorsque le magnésium est ajouté au graphite ; ce phénomène est moins sensible pour les particules de fer. De plus, la sévérité de l'explosion augmente avec une telle addition. Cet effet de promotion est particulièrement visible sur la cinétique de combustion. 2. La modélisation du phénomène explosif a été réalisée à l'aide de la simulation numérique afin d'estimer une vitesse de propagation de flamme laminaire et d'étudier les effets induits par des facteurs spécifiques d'intérêt industriel, tels que le diamètre des particules ou la concentration en poudre. L'intérêt d'estimer une vitesse de flamme laminaire réside dans son caractère pseudo-intrinsèque. En connaissant les caractéristiques turbulentes d'un milieu industriel complexe, ce paramètre donne la possibilité d'obtenir une vitesse de propagation de flamme turbulente propre au milieu réel et donc d'estimer les effets d'une explosion potentielle. Les résultats expérimentaux ont été utilisés afin de valider le modèle numérique développé
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L'explosion en enceinte fermée de suspensions de particules issues de la biomasse végétale (amidon, cellulose et particules ligno-cellulosiques) a été étudiée en vue de leur utilisation dans des systèmes propulsifs. Les performances susceptibles d'être obtenues avec ces particules ont été évaluées à l'aide d'un code thermochimique. Les pressions théoriques de combustion isochore des mélanges cellulose/air sont supérieures à celles des mélanges classiques hydrocarbure/air. Des expériences ont été effectuées dans une chambre cylindrique de volume 20l et de rapport d'allongement L/D = 2,2. Les pressions maximales d'explosion mesurées présentent un déficit de 30% par rapport aux pressions théoriques. Elles dépendent de la nature et de la concentration des particules et de l'état initial de la suspension. Il reste une proportion significative de particules imbrûlées dans la chambre pour les mélanges riches. Une étude spécifique du processus de génération de la suspension a été effectuée sur trois dispositifs : d'une part, par diagnostics optiques (mesure PIV et tomographie laser rapide) et, d'autre part, par des simulations numériques. Pour améliorer les performances, des expériences ont été effectuées dans des mélanges " hybrides " (particules de cellulose/méthane/air) et ont montré qu'à richesse globale équivalente, la pression d'explosion dans les mélanges hybrides est supérieure à celle dans les mélanges méthane/air et particules solides/air seuls et, la qualité d'imbrûlés est fortement diminuée. De plus, il est possible d'enflammer des mélanges méthane/air très pauvres lorsqu'ils sont en mélange avec une suspension de particules solides de concentration adéquate.
Author: David Pavé Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les flammes turbulentes de prémélange présentent un sujet d'intérêt important pour la recherche aussi bien du point de vue fondamental que pratique. Le but de cette thèse est de faire progresser nos connaissances sur les flammes de prémélanges pauvres. Nous avons observé les changements de structure de la flamme lorsque l'on modifie la richesse et les paramètres de turbulence. En premier lieu, nous faisons une description macroscopique de la flamme à l'aide de l'imagerie de Mie. Nous déterminons les iso-c, l'épaisseur turbulente, l'échelle caractéristique de plissements et la densité de surface de flamme. La densité de surface de flamme est également calculée pour six régions de la flamme. Nous étudions ensuite la structure du front de flamme instantané. Nous faisons une étude statistique de la courbure du front. Afin d'étudier l'épaisseur du front de flamme, à partir de l'imagerie Rayleigh, deux définitions de l'épaisseur sont utilisées : l'épaisseur thermique de la zone de réaction du front de flamme et la zone de préchauffage avec le gradient de température. Nous avons aussi étudié la corrélation entre l'épaisseur du front de flamme et la courbure du front. Enfin, nous comparons nos résultats avec les modèles de combustion turbulente de prémélange : le modèle de Bray, Moss et Libby et les modèles utilisant la dissipation scalaire. Les distributions des longueurs d'entre-croisement sont spécialement étudiées. Nous analysons ensuite la relation entre la dissipation scalaire et la densité de surface de flamme à partir de l'imagerie Rayleigh. Nous déterminons alors l'intensité de combustion et le taux de combustion. Ces derniers résultats sont acquis à partir de l'imagerie Rayleigh et de Mie. Nous comparons nos résultats avec ceux obtenus par d'autres techniques de mesures : l'anémométrie Doppler laser associée à Mie, la diffusion Rayleigh un point et les résultats de la littérature.
Author: JOSE LEANDRO.. SIMOES DE ANDRADE CAMPOS
Author: JOSE LEANDRO.. SIMOES DE ANDRADE CAMPOS
Author: J. Raymond Bowen
Author: Salvador Malheiro
Author: VERONIQUE.. VASLIER
Author: Arnaud Briand
Author: NABIHA.. DJEBAILI
Author: Miriam D'Amico
Author: Marlène Paquet
Author: David Pavé
Author: Luis Eugénio Pinto Teixeira de Lemos