Étude cinétique de l'oxydation et de l'auto-inflammation en milieux gazeux homogène pauvre et ultra pauvre de carburants de substitution issus de la biomasse PDF Download
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Author: Kamal Hadj Ali Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivité, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'auto-inflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'auto-inflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.
Author: Kamal Hadj Ali Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivité, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'auto-inflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'auto-inflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.
Author: Guillaume Vanhove Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 348
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Les études de l'oxydation et de l'auto-inflammation dans l'air par compression rapide à températures basses et intermédiaires (600-1000 K) des hydrocarbures présents dans les carburants commerciaux ont été stimulées par la nécessité d'une compréhension approfondie du phénomène de cliquetis dans les moteurs à taux de compression élevé. On a ainsi reconnu que les alcanes présentent un comportement cinétique non-Arrhenius particulièrement complexe et associé à un coefficient négatif de température et une émission lumineuse de flamme froide. Par la suite, ces études se sont montrées particulièrement intéressantes pour une compréhension meilleure de l'origine et de la nature des émissions, d'hydrocarbures imbrûlés par les moteurs alternatifs, et, plus récemment, pour le développement de la nouvelle technologie moteur à auto-inflammation homogène par compression. Peu de travaux ont été consacrés à l'étude d'autres constituants des carburants que les alcanes, bien que les alcènes soient présents jusqu'à 20 % et les aromatiques jusqu'à 40 %. Ce travail est consacré à l'étude cinétique de la réactivité par compression rapide d'alcènes et d'aromatiques dans l'air, à l'état pur et en mélange avec l'isooctane.
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L’autoallumage de mélanges homogènes CH4/air et n-C4H10/air a été étudié de manière expérimentale en Machine à Compression Rapide. D’une part, ce processus de combustion est caractérisé de manière globale en se basant sur des mesures de pression (délai d’allumage, taux de dégagement de chaleur). D’autre part, des visualisations directes mettent en évidence sa dépendance à la présence d’hétérogénéités de température, observées par strioscopie. Les champs de vitesse et la répartition de température en conditions non-réactives sont ensuite caractérisés par vélocimétrie (PIV rapide) et par fluorescence (PLIF toluène). Les informations obtenues apportent une meilleure compréhension du phénomène d’autoallumage, où la propagation des zones de réaction intense traduit la présence de fronts d’autoallumage ou/et de structures plus proches des déflagrations. En parallèle, une méthode de Pdf calculée 0D est retenue pour la modélisation de l’autoallumage dans ce type de conditions. Elle prend en compte, (i) une cinétique chimique détaillée, (ii) les phénomènes de mélange et de transferts de chaleur qui pilotent l’évolution de la répartition de la température avant l’allumage. La pertinence des résultats vis-à-vis de l’expérience suggère que l’approche proposée constitue un cadre bien adapté à l’étude de ce mode de combustion.
Author: Yi Yu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 214
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Les délais auto-inflammations des divers mélanges de carburants (méthane, gaz naturel, gaz de synthèse) en phase gazeuse aux températures basses et intermédiaires (800 à 1010 K) et hautes pressions (0,5 à 2,5 MPa) ont été mesurés dans la Machine à Compression Rapide (MCR) de l’Université de Lille 1. Différentes quantités d’hydrogène ou d’additifs représentant une composition-type d’EGR (CO, CO2, H2O) ont été ajoutées au gaz naturel pour étudier leur effet sur les délais d’auto-inflammation. L’effet des conditions opératoires (la pression et la température) et l’effet de la richesse des mélanges ont été également étudiés. Le mécanisme GDF-kin® 4 développé par GDF-SUEZ a été utilisé pour modéliser les résultats expérimentaux. Ce mécanisme a été amélioré pour reproduire les délais d'auto-inflammation dans nos conditions d'étude. Le nouveau mécanisme a également été validé à l'aide de nombreux résultats expérimentaux de la littérature.
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Les xylènes (ortho-, méta-, para-) et le 1,2,4-triméthyl-benzène sont présents en quantité non négligeable dans les carburants, particulièrement dans l'essence sans plomb. Nous avons étudié l'oxydation des isomères du xylène et du 1,2,4-triméthyl-benzène afin d'obtenir des données expérimentales nous permettant de comparer leurs réactivités et surtout de valider un modèle cinétique détaillé pour leur oxydation. Chaque hydrocarbure étudié a été oxydé en réacteur auto-agité par jets gazeux à pression atmosphérique, entre 950 et 1400 K (0,5
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Le mode HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) est un procédé de combustion qui permet une réduction substantielle des NOx et des particules sans pénaliser le rendement thermique. La combustion HCCI se déroule essentiellement par auto-inflammation instantanée de la charge à différents points de la chambre de combustion. Elle est fortement contrôlée par la cinétique chimique qui détermine en partie la phase d'auto-inflammation. Il est donc indispensable de prendre en compte les détails de la chimie dans un code calcul moteur, afin de mieux reproduire les phénomènes importants de ce type de combustion. L'objectif de ce travail est de développer un modèle d'auto-inflammation prenant en compte les détails de la cinétique chimique ainsi que les interactions entre la chimie et la turbulence pouvant fortement influencer le processus. L'accent est mis dans un premier temps sur l'analyse des effets de la dilution par des espèces résiduelles telles que le CO et le H2 sur le processus d'auto-inflammation. Un nouveau modèle d'auto-inflammation (TKI-PDF) est proposé. Son développement a été divisé en deux phases distinctes. La première concerne la prise en compte de la cinétique chimique d'auto-allumage. La deuxième a été dédiée à l'introduction des effets de fluctuations de la richesse dues à la turbulence sur le taux de réaction moyen. Une méthode de tabulation a priori pour le taux de réaction d'une variable d'avancement est utilisée pour décrire la chimie détaillée. Pour prendre en compte les effets de la turbulence, une méthode de pdf présumée est ensuite appliquée. Le modèle a été validé à plusieurs niveaux. Tout d'abord, les résultats de simulations sans prise en compte des effets de la turbulence ont été comparés à des solutions de calculs avec chimie complexe en configuration homogène. Puis, le modèle complet a été validé par comparaison avec des résultats expérimentaux en cellule haute pression avec injection Diesel haute pression et en moteurs Diesel et HCCI.
Author: Hatim Machrafi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 406
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Une des solutions très prometteuses pour la réduction des émissions polluantes et de la consommation des moteurs à combustion interne est la mise en place de combustions alternatives pour une optimisation à la source. En particulier, de nombreuses études sont menées autour du développement d'une combustion en charge homogène par auto inflammation appelée "Homogeneous Charged Compression Ignition". Cependant, le contrôle de ce mode de combustion nécessite une recherche avancée incluant une approche interdisciplinaire associant la chimie, la mécanique des fluides et les contraintes d'un fonctionnement moteur. Cette thèse a pour objet l'étude de l'auto inflammation en mode homogène traité d'un point de vue numérique et expérimental. L'étude numérique s'intéresse au développement de mécanismes réduits de carburants de référence. Ces mécanismes réduits sont introduits dans le cadre de modèles plus généraux simulant un fonctionnement de cycle moteur, se focalisant sur trois carburants de référence ; le n-heptane, l'isooctane et le toluène. Trois mécanismes et un mécanisme "mélange" sont ainsi proposés et font l'objet tout d'abord d'une validation numérique et ensuite d'une validation expérimentale. Le mécanisme final "mélange" est composé de 62 réactions et de 49 espèces. En outre, l'interaction des oxydes d'azote NO avec les hydrocarbures est incluse par un appendice cinétique. La validation expérimentale est effectuée dans une gamme de paramètres respectant les conditions de fonctionnement d'un mode HCCI. Les gammes de température d'admission sont comprise entre 35 et 70 °C, avec une richesse entre 0,28 et 0,64 et des taux de compression entre 7 et 14, et ceci pour différentes teneurs des 3 composées de base formant le carburant. En particulier, les carburants testés présentent une gamme complète de proportion de n-heptane/iso-octane. En ce qui concerne le cas des mélanges de n-heptane/toluène, la valeur maximum étudiée du pourcentage volumique de toluène est de 40 %. Des analyses comparatives entre l'essence, le gasoil et leurs substituts de référence sont proposées. En outre, l'effet de NO sur le processus d'auto-inflammation est étudié jusqu'à une addition de 170 ppm. Une étude complète des effets de l'introduction d'EGR est présentée avec en particulier les effets de la dilution par N2 et CO2, les effets du niveau thermiques sur une gamme de 30 à 120 °C, et les effets chimiques de certaines espèces comme le CO, le CH2O et de CH3CHO. L'analyse expérimentale a été soutenue par le mécanisme validé. De cette analyse aboutit un ensemble de conclusions en ce qui concerne le contrôle du processus d'auto-inflammation en mode HCCI.
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Les carburants commerciaux sont constitués d'une multitude de composés chimiques dont la combustion incomplète dans les moteurs automobiles génère la formation d'imbrûlés. L'objectif de cette étude est d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes cinétiques d'oxydation à haute température des hydrocarbures aromatiques, lesquels constituent un famille importante des carburants. La cinétique de combustion du benzène, du toluène, de l'éthylbenzène et du styrène est étudiée aux richesses 0,5, 1 et 1,5, par deux techniques : le réacteur auto-agité par jets gazeux (RPA) et le tube à choc (TAC). En RPA, les mélanges réactionnels, dilués dans N2, sont oxydés à pression atmosphérique, entre 950 et 1400 K. Après prélèvement, à un temps de séjour fixé, la concentration des espèces stables est déterminée, en fonction de la température, par chromatographie en phase gazeuse (CPG/SM, CPG/FID/TCD). En TAC le domaine de température et de pression est plus élevé : 1300
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La combustion par auto-inflammation homogène est un mode de combustion alternatif qui permet d’envisager une réduction des émissions polluantes à la source grâce à une combustion théoriquement homogène (pas d’émission de suies), pauvre (limitation des émissions de CO2) et « froide » (peu d’émission de NOx). Cette combustion est contrôlée principalement par les mécanismes de cinétique chimique et par les hétérogénéités qui existent dans la chambre de combustion. Une machine à compression rapide (MCR) a été utilisée pour étudier ce mode de combustion alternatif. Une partie des travaux a consisté à la fiabilisation (reproductibilité) et la caractérisation (aérodynamique interne, paramètres de réglages) de la MCR. Une étude numérique à l’aide d’un modèle zéro-dimensionnel multi-zones de la MCR a permis d’étudier l’impact des hétérogénéités sur le déroulement de la combustion et de valider numériquement la MCR. L’étude expérimentale de la combustion a d’abord porté sur les paramètres influençant l’auto-inflammation (température, richesse, charge) puis sur l’initiation et le développement de la combustion, investigués par cinématographie rapide. L’influence de la turbulence sur le développement de la combustion a également été étudiée. Deux modes de propagation ont ainsi pu être distingués en fonction des conditions expérimentales. Finalement une méthodologie a été présentée, permettant la prédiction des différents régimes de combustion à travers la construction de diagrammes de combustion turbulente couplant les propriétés chimiques du carburant utilisé avec les propriétés turbulentes de l’écoulement dans la MCR
Author: Gautier Petit Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 179
Book Description
Il est bien établi que le développement de la technologie HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) et l'optimisation des moteurs conventionnels type allumage commandé ou Diesel passe par une meilleure compréhension des mécanismes d'oxydation à l'origine des dégagements de chaleur. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'auto-inflammation des carburants en mode HCCl. Pour cela, il a été nécessaire de construire, d'instrumenter et de mettre en œuvre un moteur expérimental monocylindre à taux de compression variable, fonctionnant en régime permanent, même en l'absence de combustion, et suffisamment souple pour pouvoir être adapté à tout le domaine thermodynamique et cinétique qui conditionne l'auto-inflammation, depuis l'oxydation lente de basse température jusqu'au cliquetis. La finesse des investigations a pu être mise à profit pour l'étude des isomères du butane et de leur mélange. Le traitement des profils de pression permet la mise en évidence de la phénoménologie de l'auto-inflammation en deux stades caractéristiques des alcanes supérieurs. Les analyses chimiques sont suffisamment précises pour établir l'importance relative des différentes voies d'oxydation. Les caractéristiques du dispositif expérimental développé permettent donc de distinguer les comportements en conditions moteur de molécules de structures pourtant bien proches.
Author: Kamal Hadj Ali
Author: Kamal Hadj Ali
Author: Guillaume Vanhove
Author: Camille Strozzi
Author: Yi Yu
Author: Sandro Gai͏̈l
Author: Ganesan Subramanian
Author: Hatim Machrafi
Author: Gae͏̈lle Pengloan
Author: Stoyan Pounkin
Author: Gautier Petit