Modélisation de la combustion du gaz naturel par réseaux de réacteurs avec cinétique chimique détaillée PDF Download
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Author: Vincent Fichet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 260
Book Description
Dans un contexte environnemental fort, les centrales thermiques fonctionnant au gaz naturel se voient imposer des seuils d'émissions sévères, actuellement 25 ppmvd pour le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx).Des pénalités financières obligent l'exploitant à un réglage minutieux de ses machines.Un outil numérique est donc requis pour prédire ces émissions avec précision (quelques ppmvd), rapidité (utilisation sur site) et pour toutes sortes de configurations (géométrie, condition de fonctionnement).Modéliser et simuler la formation d'espèces minoritaires dans un écoulement turbulent réactif est un challenge scientifique et numérique du fait du couplage entre les larges spectres spatiaux et temporels mis en jeu.L'approche réseau de réacteurs propose de post-traiter un calcul CFD (Computational Fluid Dynamics) doté d'une chimie globale par calcul OD de réseaux de réacteurs dans lesquels la cinétique chimique est détaillée.Une méthodologie générale est développée pour le découpage de l'écoulement en zones statistiquement homogènes.Deux modèles de réseaux de réacteurs sont définis, prenant ou non en compte les fluctuations turbulentes (densité de probabilité) ainsi qu'une distribution de temps de séjour dans chaque réacteur.Des études de sensibilité à l'hygrométrie, à la variabilité combustible et aux changements de charge ont été ménées.La comparaison aux mesures souligne la pertinence des modèles proposés.Enfin, le modèle de combustion turbulente de CFD a été amélioré, et en particulier la forme de sa densité de probabilité (pdf), pour permettre une prédiction affinée des NOx par l'emploi d'une cinétique chimique tabulée
Author: Vincent Fichet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 260
Book Description
Dans un contexte environnemental fort, les centrales thermiques fonctionnant au gaz naturel se voient imposer des seuils d'émissions sévères, actuellement 25 ppmvd pour le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx).Des pénalités financières obligent l'exploitant à un réglage minutieux de ses machines.Un outil numérique est donc requis pour prédire ces émissions avec précision (quelques ppmvd), rapidité (utilisation sur site) et pour toutes sortes de configurations (géométrie, condition de fonctionnement).Modéliser et simuler la formation d'espèces minoritaires dans un écoulement turbulent réactif est un challenge scientifique et numérique du fait du couplage entre les larges spectres spatiaux et temporels mis en jeu.L'approche réseau de réacteurs propose de post-traiter un calcul CFD (Computational Fluid Dynamics) doté d'une chimie globale par calcul OD de réseaux de réacteurs dans lesquels la cinétique chimique est détaillée.Une méthodologie générale est développée pour le découpage de l'écoulement en zones statistiquement homogènes.Deux modèles de réseaux de réacteurs sont définis, prenant ou non en compte les fluctuations turbulentes (densité de probabilité) ainsi qu'une distribution de temps de séjour dans chaque réacteur.Des études de sensibilité à l'hygrométrie, à la variabilité combustible et aux changements de charge ont été ménées.La comparaison aux mesures souligne la pertinence des modèles proposés.Enfin, le modèle de combustion turbulente de CFD a été amélioré, et en particulier la forme de sa densité de probabilité (pdf), pour permettre une prédiction affinée des NOx par l'emploi d'une cinétique chimique tabulée
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Pour orienter l'exploitant de centrales thermiques vers un r glage respectueux des seuils d' missions l gaux (25 ppmvd pour le CO et les NOx), un outil num rique est d velopp . Son but est de pr dire rapidement les polluants mis (quelques ppmvd) par n'importe quelle g om trie ou condition de fonctionnement. On r alise ainsi un calcul CFD afin de construire un r seau de r acteurs 0D incluant une cin tique chimique d taill e. Une m thodologie est pr sent e pour le d coupage de l' coulement en zones homog nes formant le r seau. Deux mod les de r seaux de r acteurs sont d finis et prennent ou non en compte les fluctuations turbulentes (densit de probabilit ) et une distribution des temps de s jour dans chaque r acteur. Des tudes de sensibilit des missions de NOx l'hygrom trie, la variabilit combustible et aux changements de charge sont men es. La comparaison aux mesures sur site souligne la repr sentativit des mod les propos s. Enfin, une nouvelle mod lisation du terme source chimique moyen est introduite (m thode de tabulation du terme source chimique et nouvelle densit de probabilit ) pour permettre une pr diction affin e des missions de NOx d s le calcul CFD.
Author: YEWEN.. TAN Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 257
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CETTE THESE A POUR BUT D'OBTENIR PREMIEREMENT DES DONNEES EXPERIMENTALES SUR L'OXYDATION DU GAZ NATUREL, ET DEUXIEMEMENT UN MODELE DE CINETIQUE CHIMIQUE DETAILLE REPRESENTATIF DE LA COMBUSTION DU GAZ NATUREL. CETTE THESE COMMENCE PAR UNE INTRODUCTION DETAILLEE PORTANT SUR LE GAZ NATUREL EN TANT QU'UNE SOURCE D'ENERGIE. CETTE INTRODUCTION EST SUIVIE PAR LE CHAPITRE I QUI SE CONCENTRE SUR LES ASPECTS GENERAUX DE L'OXYDATION DES HYDROCARBURES. ON Y TROUVE AUSSI UNE DISCUSSION SUCCINTE DES SOUS-MECANISMES DE H#2 ET DE CO. LES CHAPITRES II ET III SONT CONSACRES RESPECTIVEMENT AUX METHODES EXPERIMENTALES ET A LA MODELISATION. LE CHAPITRE IV EST CONSACRE A L'OXYDATION DES MELANGES DES HYDROCARBURES: METHANE-ETHANE, METHANE-PROPANE, METHANE-ETHANE-PROPANE ET LE GAZ NATUREL. IL TRAITE AUSSI DE L'OXYDATION DES HYDROCARBURES PURS CONTENUS DANS CES MELANGES, COMME LE METHANE, L'ETHANE ET LE PROPANE. NOUS Y DISCUTERONS EN DETAIL LA DIFFERENCE ENTRE L'OXYDATION DES MELANGES ET L'OXYDATION DU METHANE PUR. LE ROLE JOUE PAR LES HYDROCARBURES SUPERIEURS TELS QUE L'ETHANE ET LE PROPANE ONT ETE MIS EN EVIDENCE. LE CHAPITRE V EST CONCENTRE SUR L'OXYDATION DE L'ACETYLENE AVEC UNE DISCUSSION SUR LA FORMATION DU BENZENE DANS LES FLAMMES D'ACETYLENE. ENFIN, LE CHAPITRE VI CONCERNE L'OXYDATION DE L'ETHYLENE ET DU PROPENE
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.
Author: Tanh Le Cong Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 263
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L’utilisation des mélanges hydrogénés permettrait de réduire significativement l’effet de serre (par les émissions de CO2) en diminuant l’utilisation des combustibles carbonés. L’addition de l’hydrogène au gaz naturel permet de faire fonctionner les turbines à gaz dans des régimes de combustion très pauvres afin de diminuer les émissions de NOX. Les mélanges de combustibles issus de la gazéification de la biomasse contenant du CH4, du H2, du CO, du CO2, ainsi que la recirculation des produits gazeux de combustion (CO2, H2O) sont également à considérer. De nouvelles données expérimentales ont été obtenues en réacteur auto-agité pour l’oxydation de H2, de CH4, et de mélanges avec H2, CO, CO2 et H2O (à 1 et 10 atm à des températures de 800-1450 K, la richesse variant de 0,1 à 2). Ces données sont très utiles pour étudier l’effet de l’hydrogène, du gaz de synthèse et de la recirculation sur l’oxydation du méthane. Un mécanisme cinétique détaillé a été développé pour la combustion des mélanges H2-O2, H2-CO, CH2O, CH3OH, CH4, CH4-H2, CH4-CO-H2 et validé en utilisant les données expérimentales de cette étude ainsi que les données de la littérature (réacteur auto-agité, réacteur à écoulement piston, tubes à choc et flamme laminaire pré-mélangée). L’étude cinétique indique que H2 et CO accélèrent l’oxydation de CH4 en favorisant les réactions de production des radicaux H et OH (H + O2 = OH + H, H + HO2 = 2OH, et H2 + OH = H2O + H) tandis que CO2 et H2O sont les inhibiteurs pour l’oxydation du méthane, en affectant l’équilibre des réactions CO + OH = CO2 + H et H + O2 + M = HO2 + M.
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LE DOMAINE D'APPLICATION DE LA COMBUSTION DIRECTE DU GAZ NATUREL EN REACTEUR A LIT FLUIDISE CONCERNE LES PROCEDES TELS QUE : LA REGENERATION OU LE TRAITEMENT DE DECHETS DE NATURE DIVERSE (SABLE DE FONDERIE, BOUES A FORT TAUX D'HUMIDITE), LA CALCINATION OU LE FRITTAGE THERMIQUE. DANS CES SYSTEMES, LA REACTION A LIEU NON SEULEMENT EN PHASE SOLIDE, MAIS EGALEMENT EN PHASE HOMOGENE. CETTE DERNIERE PEUT CONDUIRE A UN ECART DE TEMPERATURE SIGNIFICATIF ENTRE LES PHASES BULLE ET EMULSION, CE QUI REMET EN CAUSE L'HYPOTHESE DE L'ISOTHERMICITE DU LIT, HABITUELLEMENT RETENUE POUR CE TYPE DE CONTACTEUR. CETTE ETUDE VISE A AMELIORER LA COMPREHENSION DES MECANISMES MIS EN JEU LORS DE LA COMBUSTION D'UN PREMELANGE GAZEUX EN LIT FLUIDISE CONSTITUE DE PARTICULES INERTES. DANS UN PREMIER TEMPS, UNE ETUDE EXPERIMENTALE A ETE REALISEE SUR UN REACTEUR PILOTE DE 180 MM DE DIAMETRE. L'INFLUENCE DES PARAMETRES TELS QUE LA TEMPERATURE DU LIT, LA COMPOSITION INITIALE DU MELANGE COMBUSTIBLE, LA HAUTEUR DU LIT, LA VITESSE DE FLUIDISATION, LA TAILLE ET LA NATURE DES PARTICULES, ET LA NATURE DU DISTRIBUTEUR, SUR LE PROFIL AXIAL DE LA CONCENTRATION DES DIFFERENTS CONSTITUANTS (CH#4, O#2, CO#2, CO, NO, NO#2, N#2O) ONT ETE ETUDIES. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT MONTRE QUE LA COMBUSTION DU GAZ NATUREL EST INITIEE AU SEIN DE LA COUCHE FLUIDISEE AU DELA D'UNE VALEUR LIMITE DE LA TEMPERATURE DU LIT (SUPERIEURE A 750C), ET S'EFFECTUE SUIVANT UN PROCESSUS DE REACTION LENTE. CETTE ETUDE A FOURNI DES RENSEIGNEMENTS UTILES POUR LE CHOIX DES CONDITIONS OPERATOIRES PERMETTANT DE REDUIRE LES EMISSIONS DES IMBRULES ET DES POLLUANTS EN SORTIE DU LIT. EN PARTICULIER, IL FAUT SIGNALER QUE PARMI LES PARAMETRES ETUDIES, SEULE LA HAUTEUR DU LIT A UNE INFLUENCE NOTABLE SUR L'AVANCEMENT DE LA REACTION. DANS UN DEUXIEME TEMPS, UN MODELE A ETE ETABLI POUR LA COMBUSTION DU GAZ NATUREL EN LIT FLUIDISE. CE MODELE REPOSE SUR LES HYPOTHESES DU MODELE D'ASSEMBLAGE DE BULLES, QUI A ETE MODIFIE POUR TENIR COMPTE DES ECHANGES DE CHALEUR ENTRE LES PHASES, AINSI QU'ENTRE LE LIT FLUIDISE ET LA PAROI DU REACTEUR, EN INCLUANT LA CONTRIBUTION DU RAYONNEMENT. LA CONFRONTATION DES RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX A MONTRE UNE BONNE ADEQUATION. L'ETUDE THEORIQUE A PERMIS EN OUTRE D'EXPLIQUER DE MANIERE PLUS PRECISE LES PHENOMENES QUI REGISSENT LE PROCESSUS DE COMBUSTION DU GAZ NATUREL EN LIT FLUIDISE.
Author: André Nicolle Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 332
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La cinétique de formation des oxydes d'azote (NOx) lors de la combustion diluée du gaz naturel reste mal connue. L'utilisation d'un réacteur agité dans des conditions proches de l'application industrielle nous permet d'étudier l'effet cinétique de la recirculation des gaz brûlés. La modélisation des données obtenues et de celles de la littérature nous permet de valider un mécanisme détaillé performant utilisé lors d'une étude paramétrique. L'effet de CO2 s'explique principalement par CO2+H=CO+OH. L'effet de H2O résulte d'une forte efficacité de collision et du déplacement d'équilibres, alors que l'effet promoteur de NO est lié à HO2+NO=OH+NO2. Les additifs modifient les processus de stockage du carbone et de l'azote ainsi que la cinétique de formation de C2. Leurs effets sur la chimie des NOx dépendent de la température et de la richesse. Enfin, la recirculation provoque une forte diminution de l'importance des voies thermique et précoce de formation de NO.
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: Solène de Ferrières Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 23
Book Description
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: Vincent Fichet
Author: Vincent Fichet
Author: Fichet-V
Author: YEWEN.. TAN
Author: Amal Dhahak
Author: Tanh Le Cong
Author: Pascaline Pré-Goubelle
Author: André Nicolle
Author: Amaury de Guilhem de Lataillade
Author: Solène de Ferrières
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