Modélisation chimique détaillée de la combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestique en vue de réduire leurs émissions polluantes PDF Download
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Author: Amal Dhahak Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l'hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l'anisole, le furfural, le gaïacol... Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d'une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à bois.
Author: Amal Dhahak Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l'hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l'anisole, le furfural, le gaïacol... Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d'une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à bois.
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Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire EM2C du CNRS et de l'ECP et l'industriel verrier Saint-Gobain. Nous nous sommes intéressés à la modélisation de la combustion turbulente et des émissions de polluants. Pour cela, nous avons développé un modèle de combustion turbulente basé sur le couplage entre le modèle de flamme cohérente CFM et la chimie détaillée. Le choix du modèle CFM repose sur sa capacité à décrire l'interaction entre le front de flamme et les structures turbulentes de l'écoulement dans lequel il évolue. Nous avons réalisé son couplage avec la chimie détaillée en utilisant des méthodes de tabulation de la cinétique chimique. Nous avons, ensuite, développé un modèle de traitement d'oxydes d'azote et plus particulièrement de NO thermique puisque les modèles existants se basent sur des hypothèses grossières qui ne permettent pas d'estimer les NOx produits de manière précise. Nous avons alors proposé une modélisation de la formation des NOx basée sur la chimie détaillée limitant ainsi les hypothèses requises. Pour tester ces modèles, nous avons réalisé des simulations numériques sur deux configurations 2D de laboratoire et une configuration 3D d'un brûleur de four verrier et ce sur les trois modes de combustion : prémélangée, partiellement prémélangée et non prémélangée. Les résultats obtenus sont très prometteurs et ont montré la capacité du modèle développé à décrire la combustion turbulente en y intégrant la chimie détaillée.De plus, le modèle de NOx a montré un comportement cohérent en fonction des principaux paramètres du problème. Il reste, toutefois, à être validé par des données expérimentales.
Author: Alexandra Nocturne Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 212
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Compte tenu de leur impact sur l'environnement, l'émission de polluants tels que la monoxyde de carbone (CO) ou les oxydes d'azote (NOx) fait l'objet de normes sévères. Ces normes sont un enjeu important pour les entreprises fabriquant des brûleurs destinés à la production d'eau chaude domestique. Ces entreprises doivent modifier leurs systèmes ou en étudier de nouveaux pour pouvoir répondre à ces normes. Ces études empiriques coûtent cher et l'utilisation de moyens de simulation numérique permet de réduire les coûts. Le but du présent travail est de développer un code de calcul permettant la simulations de la combustion dans les chaudières domestiques. Ce code de calcul est basé sur le concept de l'assemblage de réacteurs homogènes. Il permet la prise en compte d'une cinétique chimique complexe et des transferts de chaleur convectif et radiatif. Il a été validé grâce à des mesures réalisées dans un foyer aussi proche que possible de la configuration réelle. Il a donc fallu mettre au point une installation expérimentale permettant la mesure de champs de vitesse et de concentration chimique dans un foyer. Après comparaison avec les résultats expérimentaux, ce code de calcul a été utilisé afin de prédire le comportement du système réel face à des modifications des conditions de fonctionnement. Les tendances reproduites sont conformes à la réalité
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Une contribution à la modélisation de la combustion turbulente non-prémélangée avec prise en compte d'une cinétique chimique détaillée est présentée. Dans un premier temps, deux méthodes de réduction de la cinétique chimique sont présentées : une méthode empirique basée sur des hypothèses d'équilibre partiel et une méthode de réduction automatique appelée « Intrinsic Low-Dimensional Manifold » (ILDM). Cette dernière permet de réduire des schémas cinétiques complets localement dans l'espace des compositions en optimisant les hypothèses effectuées. Le schéma simplifié est alors décrit par un nombre réduit de variables d'avancement. Dans un deuxième temps, la densité de probabilité jointe de la composition (pdf) est déterminée. Deux approches sont alors décrites : l'approche pdf présumée et la résolution de l'équation de transport de la pdf jointe. Une pdf jointe présumée multiscalaire en bêta est présentée. L'évolution qualitative de la pdf de la composition est retrouvée mais l'extension de cette approche à un nombre plus important de scalaires est nécessaire. Un code de Monte-Carlo eulérien, résolvant l'équation de transport de la pdf de la composition est ensuite mis en œuvre et validé par le calcul de deux flammes jets de diffusion turbulentes. Bien que le nombre de variables du schéma simplifie par la méthode « ILDM » soit insuffisant pour fournir une bonne description des processus chimiques se produisant loin de la stœchiométrie et pour de forts étirements du front de flamme, l'extinction partielle de la première flamme est prédite qualitativement. Concernant la deuxième flamme, on montre la capacité de la méthode à prédire les variations de la pdf de la température et le suréquilibre radicalaire, dont la prédiction est nécessaire au calcul de polluants.
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Cette thèse portant sur l'étude de la réduction des émissions de polluants issus de la combustion du bois a pour cadre expérimental les normes américaines en vigueur dans ce domaine. Une étude complète de deux appareils de chauffage au bois a été menée pour situer leur taux d'émission. Une étude du catalyseur de post-combustion a été réalisée sur la base d'un appareil existant. A partir de cette étude, nous avons étudié une adaptation de ce système sur un foyer de cheminée. Comme alternative à ce procédé, nous avons mis au point une chambre de post-combustion utilisant de l'air secondaire surchauffé. Nous avons caractérisé les émissions de particules de ce système. Nous avons poursuivi cette étude par la réalisation d'un bilan énergétique complet d'un appareil de chauffage muni d'une chambre de post-combustion. Nous nous sommes également intéressés aux émissions issues de foyers ouverts et nous avons mis au point une chambre de post-combustion spécifique à cette catégorie d'appareils. Nous avons fini cette étude par la mise au point d'un système de détection d'hydrocarbures gazeux permettant le pilotage automatique de la post-combustion
Author: Mira Ibrahim Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La combinaison d'une technologie alternative comme l'allumage par compression de la charge (HCCI) avec une énergie renouvelable comme la biomasse est un bon compromis pour réduire les émissions polluantes à la source. L'un des problèmes majeurs de cette combustion est le contrôle du moment de l'allumage ; l'injection directe de particules solides en suspension dans le mélange réactif permet de contrôler le début de la combustion. Dans la première partie de ce travail, la combustion de la biomasse gazeuse a été étudiée expérimentalement sur une machine à compression rapide dans des conditions HCCI. En raison de la complexité de ce mode de combustion, une approche simplifiée du processus a été simulée numériquement sur Chemkin-Pro pour étudier les effets des conditions initiales et de la composition du combustible sur les aspects physico-chimiques de la combustion ainsi que sur les émissions produites. Après avoir mis en évidence les avantages de la combustion pauvre, et d'un combustible type (biogaz/gaz de synthèse) dans la réduction les émissions polluantes, une base de données a été constituée pour sélectionner une gamme optimisée de conditions pour des émissions minimales et une réactivité spécifique. La deuxième partie de ce travail a été consacrée au contrôle du moment de l'allumage. Un injecteur de particules a été conçu pour injecter directement la poudre de biomasse dans le mélange réactif. Ce système a été combiné avec la machine à compression rapide, permettant l'étude de la combustion de biomasse dans différentes conditions initiales avant son injection dans le gaz réactif. Les résultats de cette étude ont mis en lumière les effets prometteurs de l'injection de poudre sur le contrôle de la combustion homogène pauvre.
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La combustion de la biomasse est l'une des sources majoritaires de particules atmosphériques en périodes hivernales dans les vallées alpines, et particulièrement en vallée de l'Arve où des dépassements des seuils européens sont très régulièrement observés. Ceci a conduit à la mise en place d'un large programme de remplacement des dispositifs de chauffage au bois les moins performants dans le cadre d'une des actions du Plan de Protection de l'Atmosphère, le Fond Air Bois. Le projet DECOMBIO (DÉconvolution de la contribution de la COMbustion de la BIOmasse aux PM10 dans la vallée de l'Arve) a ainsi été mis en place en octobre 2013 afin de mesurer l'impact de cette politique de rénovation des appareils de chauffage au bois sur la qualité de l'air. C'est dans ce programme que s'inscrivent ces travaux de thèse dont l'objectif principal est de valider les méthodologies mises en place en routine pour permettre une déconvolution rapide de la combustion de la biomasse et mettre en relation les éventuels changements observés avec les avancées des remplacements de dispositifs de chauffage au bois domestiques.Pour mener à bien ce travail, trois sites, représentant les différentes situations de la vallée de l'Arve, ont été instrumentés (Marnaz, Passy et Chamonix) afin de suivre en continu, et tout au long du projet DECOMBIO, l'évolution des concentrations atmosphériques du Black Carbon (BC) et des traceurs moléculaires permettant de distinguer la contribution de la combustion de la biomasse des autres types de combustion. Un important jeu de données a été acquis entre novembre 2013 et octobre 2014 grâce à des prélèvements réguliers sur filtre permettant une caractérisation très fine de la composition chimique des particules atmosphériques. L'utilisation de l'approche statistique « Positive Matrix Factorization » (PMF) a permis de mieux appréhender les différentes sources entrant en jeu dans les émissions de particules au sein de cette vallée avec notamment un intérêt particulier pour les émissions de la combustion de la biomasse. Le développement de cette méthodologie d'attribution et de quantification des sources de particules basé sur l'utilisation de traceurs organiques spécifiques, de contraintes particulières appliquées à ce modèle et de données de déconvolution de la matière carbonée constitue une avancée importante dans la définition des facteurs sources issus de ce modèle.Les méthodologies développées au cours de ce travail, permettant une amélioration des connaissances et des contributions des sources, constituent donc des outils directement utilisables par les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA), notamment pour l'évaluation quantitative des mesures prises pour améliorer la qualité de l'air dans le cadre de Plans de Protection de l'Atmosphère, entre autres celui de la vallée de l'Arve.
Author: Amaury de Guilhem de Lataillade Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 190
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En matière d'environnement, la maîtrise des produits polluants de la combustion est l'une des préoccupations actuelles. Les cinétiques chimiques de ces polluants sont fortement dépendantes de la température et donc des transferts d'énergie qui sont dominés à grandes échelles par les échanges radiatifs. Or, ces derniers sont eux-mêmes influencés par la température et la composition chimique du mélange de suies et de gaz. La modélisation de ces systèmes est donc celle d'un couplage sensible entre cinétique chimique et rayonnement thermique. Dans ce cadre, notre travail de thèse vise au développement d'un modèle radiatif de référence, de sa réduction et de son couplage avec un modèle détaillé de combustion.Nos solutions radiatives de références sont produites sur la base d'une formulation intégrale en échanges nets de l'équation de tranfert radiatif et d'un modèle statistique à bandes étroites (Malkmus) formulé en k-distributions pour la représentation spectrale des propriétés radiatives des gaz. La résolution numérique conduisant à l'estimation des termes sources volumiques est assurée par la méthode de Monte-Carlo. Diverses démarches de réduction de variance sont proposées qui pour la plupart s'appuient sur une exploration détaillée des relations entre les dimensions spectrales (spectre de raies) et optico-géométriques (intégrations géométriques et angulaires). Toujours autour de la méthode de Monte Carlo, nous montrons comment les matrices de sensibilités des termes sources aux concentrations et températures peuvent, à faible coût numérique, être estimées en parallèle de l'algorithme initial, ce qui nous permet d'aborder le couplage avec la combustion sur la base d'un développement de Taylor au premier ordre.Au stade actuel de cette recherche, notre méthodologie de couplage a pu être mise en oeuvre pour une flamme plane de diffusion méthane-air à jets opposés, produite sur la base d'un mécanisme de combustion détaillé du méthane. Les résultats coincident avec ceux découlant de l'utilisation d'un modèle radiatif mince pour des configurations à fort taux d'étirement, et ils sont conformes à la littérature pour les très faibles taux d'étirement où la flamme s'élargit et devient optiquement plus épaisse...
Author: Ahmed Belasri Publisher: Springer Nature ISBN: 9811554447 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Solène de Ferrières Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 23
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Cette étude a pour but de valoriser la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène, combustible alternatif qui permettrait de réduire les émissions polluantes. L'objectif est d'acquérir des données cinétiques détaillées (température, concentrations d'espèces chimiques) sur la combustion de différents mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes. L'influence de la quantité d'hydrogène, de la richesse et de la pression sur la cinétique chimique de combustion du gaz naturel a été examinée. Dix-huit flammes laminaires prémélangées CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 opérant à basse pression (0,079 atm) et à pression atmosphérique ont été étudiées. Les profils d'évolution des espèces moléculaires sont obtenus après prélèvement par microsonde et analyse par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse couplée à la spectroscopie d'absorption infrarouge. Les profils de température sont mesurés par thermocouple recouvert. Cette base de données expérimentales a été utilisée pour développer le mécanisme chimique GDF-Kin® qui comporte 192 espèces impliquées dans 1287 réactions dont la plupart sont réversibles. Le mécanisme prédit de façon satisfaisante les profils de fraction molaire des espèces hydrocarbonées analysées, l'effet de l'hydrogène sur la cinétique d'oxydation du gaz naturel ainsi qu'un grand nombre de données globales et détaillées de la littérature (délais d'auto-inflammation, vitesses de flamme ... ). L'effet de l'hydrogène dépend fortement de sa quantité initiale et de la richesse, mais peu de la pression. L'hydrogène modifie les voies réactionnelles principales d'oxydation du gaz naturel, en particulier les réactions de métathèse par les atomes d'hydrogène.
Author: Amal Dhahak
Author: Amal Dhahak
Author: Weeded Ghedhaifi
Author: Alexandra Nocturne
Author: Stéphan Zurbach
Author: Frédéric Haas
Author: Mira Ibrahim
Author: Florie Chevrier
Author: Amaury de Guilhem de Lataillade
Author: Ahmed Belasri
Author: Solène de Ferrières