Modélisation et simulation des écoulements réactifs turbulents PDF Download
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Book Description
[Résumé en français] La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat
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[Résumé en français] La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat
Author: PRUD'HOMME Roger Publisher: Lavoisier ISBN: 2746295431 Category : Chemical reactions Languages : en Pages : 254
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Les écoulements avec réactions chimiques peuvent intervenir dans des domaines variés tels que la combustion, le génie des procédés, l’aéronautique, l’environnement atmosphérique et aquatique. Les exemples d’application choisis dans ce volume portent principalement sur les mélanges réactifs homogènes susceptibles d’intervenir dans les propulseurs, en génie des procédés et en combustion : - propagation du son et écoulements monodimensionnels non diffusifs dans les tuyères pouvant comporter des déséquilibres des modes internes d’énergie des molécules ; - réacteurs chimiques idéaux, stabilisation de leurs points de fonctionnement stationnaires dans le cas homogène à mélange parfait et instruments classiques d’analyse expérimentale et théorique tels les bilans de population, la distribution des temps de séjour et celle des âges ; - flammes laminaires et turbulentes en séparant bien celles qui sont prémélangées de celles qui ne le sont pas et qui ne relèvent pas des mêmes mécanismes, mais qui interviennent conjointement dans le cas des flammes triples. Écoulements et réactions chimiques 2 apporte également des précisions sur l’analyse dimensionnelle, la thermodynamique statistique avec couplage entre modes internes d’énergie et réactions chimiques, l’apparition et la dissipation de la turbulence fluide ainsi que son traitement statistique, les bifurcations, les flammes en milieu confiné et de diffusion.
Author: Roger Prud'homme Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118832663 Category : Science Languages : en Pages : 200
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Flows with chemical reactions can occur in various fields such as combustion, process engineering, aeronautics, the atmospheric environment and aquatics. The examples of application chosen in this book mainly concern homogeneous reactive mixtures that can occur in propellers within the fields of process engineering and combustion: – propagation of sound and monodimensional flows in nozzles, which may include disequilibria of the internal modes of the energy of molecules; – ideal chemical reactors, stabilization of their steady operation points in the homogeneous case of a perfect mixture and classical instruments of experimental and theoretical analysis such as population balances, and the distribution of residence and passage times; – laminar and turbulent flames, separating those which are premixed from those which are not and which do not exhibit the same mechanisms, but which also occur in the case of triple flames. Flows and Chemical Reactions in Homogeneous Mixtures provides information on dimensional analysis, statistical thermodynamics with coupling between internal modes and chemical reactions, the apparition and damping of fluid turbulence as well as its statistical processing, bifurcations, flames in a confined medium and diffusion. Contents 1. Flows in Nozzles. 2. Chemical Reactors. 3. Laminar and Turbulent Flames. Appendix 1. Dimensionless Numbers, Similarity. Appendix 2. Thermodynamic Functions. Appendix 3. Concepts of Turbulence. Appendix 4. Thermodynamic functions for a mixture in disequilibrium. Appendix 5. Notion of bifurcation. Appendix 6. Confined flame. Appendix 7. Limits of Validity of the First-order Expansions for Diffusion Flames.
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA MODELISATION ET LA SIMULATION D'ECOULEMENTS REACTIFS TURBULENTS A CHIMIE NON INFINIMENT RAPIDE PAR UNE FONCTION DENSITE DE PROBABILITE CONJOINTE. LA RESOLUTION DE L'EQUATION D'EVOLUTION TEMPORELLE DE LA PDF CONJOINTE ANALYTIQUEMENT OU NUMERIQUEMENT EST TRES COMPLEXE. EN FAIT, LE PROBLEME EST SIMPLIFIE EN INTEGRANT CETTE EQUATION DANS L'ESPACE DES VITESSES. ON OBTIENT AINSI UNE APPROCHE HYBRIDE PROBABILISTE EULERIENNE LAGRANGIENNE. UNE METHODE DE MONTE-CARLO EST UTILISEE ENSUITE, POUR SIMULER CETTE EQUATION. DANS CETTE EQUATION, LE PHENOMENE DE MELANGE A PETITE ECHELLE DOIT ETRE REPRESENTE PAR UN MODELE. LA COMPARAISON D'UN NOUVEAU MODELE DE MELANGE AVEC DES MODELES CLASSIQUES D'ECHANGE AVEC LA MOYENNE A ETE FAITE DANS LE CAS D'UNE COUCHE DE MELANGE THERMIQUE ET DANS LE CAS D'UNE COUCHE DE MELANGE REACTIVE. LES RESULTATS DES CALCULS SONT ENCOURAGEANTS. LA POSSIBILITE DE L'APPLIQUER A DES CONFIGURATIONS INDUSTRIELLES COMPLEXES 2D AXISYMETRIQUE (LE BLUFF-BODY) ET 3D (CHAMBRE DE COMBUSTION DEXTRE) EST DEMONTREE
Author: Élise Fournier
Author: Élise Fournier
Author: PRUD'HOMME Roger
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Author: Roger Prud'homme
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Author: FABIENNE.. PIT LAPILLONNE
Author: Fabienne Pit
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