Étude numérique de conditons aux limites en situation de combustion turbulente non prémélangée

• Main Author: Lemay, Jonathan
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2010
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/651/7/LEMAY_Jonathan.pdf; http://espace.etsmtl.ca/651/1/LEMAY_Jonathan%2Dweb.pdf

Ce mémoire consiste en une étude numérique d'un cas de combustion turbulente non prémélangée. L'objectif principal est d'analyser les prédictions des grandeurs scalaires et vectorielles du champ réactif turbulent en fonction de diverses conditions aux limites fournies par l'écoulement annulaire. Les cas analysés ici, sont comparés avec les données expérimentales de Daily et al. (1998a) de l'Université de Sydney. Pour arriver à cet objectif, le mémoire se divise en trois grandes sections. Dans un premier temps, une étude de maille est effectuée (sur les deux catégories de maillages) afin de montrer l'influence de la discrétisation mmiérique des deux catégories de modéfisation turbulente à effectuer. Dans la seconde partie de ce mémoire l'écoulement inerte turbulent de Daily et al. (1998a) est simulé. Ainsi, quelques modèles de turbulence (implémentés dans ANSYS CFX©) sont analysés, afin de choisir le plus pertinent pour les simulations des écoulements inertes et réactifs. Dans cette deuxième partie, une première étude de variation des conditions aux limites de l'écoulement annulaire est également effectuée. La dernière partie de cet ouvrage se concentre sur la simulation réactive du cas HMI de Daily et al. (1998a). Dans ce chapitre, la combustion est modélisée en utilisant l'hypothèse de régime de flammelette et la turbulence est simulée en utilisant un modèle dénommée EARSM. L'étude des conditions aux limites annulaires de ces cas réactifs est effectuée en utilisant des proflls de vitesse et d'intensité turbulente expérimentaux (pour le modèle sans canal de développement) et un profil uniforme (pour les modèles avec diverses longueurs de canal de développement armulaire). Le but de l'exercice est de déterminer quelles conditions aux limites annulaires (profils expérimentaux vs canaux de développement armulaire) sont les meilleures pour décrire le cas réactif HMI. Dans un premier temps, le champ vectoriel de l'écoulement réactif est analysé afin d'étudier la structure turbulente de l'écoulement. Finalement, les grandeurs scalaires comme la fraction de mélange, la température et les concentrations des espèces chimiques majeures sont analysées en fonction des conditions aux limites annulaires respectives. Les simulations ont démontré que l'utilisation du modèle EARSM en conjonction avec l'ajout des conditions aux limites annulaires expérimentales a permis d'améliorer les prédictions de l'écoulement inerte et ce, particulièrement pour les stations plus éloignées de la face du brûleur. Lors de la simulation de l'écoulement réactif, l'utilisation de ces dernières conditions aux limites expérimentales ont empiré les résultats et ce sont les modèles avec profil uniforme qui ont fourni les meilleurs résultats. Les prédictions des températures sont relativement bonnes pour toutes les stations de mesures alors que les concentrations en espèces chimiques, interpolées à l'aide d'une table de valeurs, ont fourni que des résultats valides pour un domaine restreint à 45 mm de la face du brûleur.