Nos travaux


  Le Projet


Notre travail repose donc sur l'implémentation sous Neptune de la combustion de particules de coke au contact d'un mélange gazeux spécifique, un mélange d'air et de gaz de pyrolyse et de combustion dans les proportions proposées par le centre R&D d'EDF en Allemagne ayant réalisé un modèle CFD sur un foyer de type SUPRA. L'implémentation de ce phénomène physique s'effectue par le codage en Fortran de modules spécifiques ajoutés au programme principal. Afin de rendre possible, dans le temps imparti, le lancement de simulation concluante, nous avons pris contact avec M.Arthur Konan, post-doctorant à l'IMFT dans l'équipe de M.Olivier Simonin, qui a réalisé une étude pour un industriel portant notamment sur la modélisation de la combustion de particules de coke dans un cubilot.


  La prise en main de Neptune réactif


Nous avons alors récupéré le maillage de M.Konan ainsi que les paramètres et modules utilisés pour sa modélisation afin de vérifier leur compatibilité avec notre version de Neptune tout en étudiant le fonctionnement des différents modules de transferts thermiques, de masse ou de réduction de taille de particules. Cette étape s'est révélée beaucoup plus couteuse en temps qu'escompté du fait d'un problème numérique important. En effet les processeurs utilisés par M.Konan, ceux du CINES et ceux de l'ENSEEIHT différaient lors de l'interprétation du "zéro" en fonction des options de compilation utilisées.

Cette difficulté levée, grâce aux chercheurs de l'IMFT, nous avons pu commencer l'adaptation des différents modules à notre maillage, que nous avions effectués sous xsimail en 2D avec élévation selon la troisième coordonnée.

  Le maillage


En dehors des contraintes dues à la géométrie du problème, le logiciel en lui-même impose une condition de maillage. En effet le solveur de Neptune prend en compte uniquement les configurations 3D. Or dans un premier temps il apparait judicieux, dans un souci de gain de temps de calcul, de n'utiliser qu'un maillage 2D. le mailleur xsimail permet de passer outre cette contrainte numérique en proposant une élévation de maille (selon z uniquement) pour obtenir un maillage compatible avec Neptune. Cette opératoire implique la création d'une condition limite de type "symétrie" qui doit être prise en compte lors de la définition des paramètres dans Edamox. Les dimensions du maillage retenus sont les suivantes, conformément aux données du foyer SUPRA 10 kw testé par EDF en parteunariat avec BIOS:

Ci-dessous visualisation du maillage le plus "lâche"(pour une meilleure visibilité):

                                                                                   

Le lit de braise se trouvant positionné 2 cm au-dessus de la grille, de section trapézoïdale avec une base de 21 cm de long et haut de 11 cm. Le maillage a donc été raffiné de manière spécifique autour de cette zone à l'aide d'une disposition des noeuds suivant une raison différente selon la paroi. Deux maillages sont effectués avec des nombres de mailles très différents, l'un servant à tester les modifications apportées aux modules et donc ayant peu de noeuds, l'autre ayant pour but d'obtenir des résultats fiables mais beaucoup plus couteux en temps de calcul (125 000 mailles). Les conditions limites doivent être pré-précisées dans xsimail afin que les références des segments correspondant aux dénominations du fichier param. A savoir une entrée (ref:10) sous le lit de braise, ce qui est le cas des inserts SUPRA, deux parois de type wall (ref: 50 et 51) et une sortie (ref:90) pour simuler le conduit d'évacuation des gaz de combustion.


  Initialisation des fractions volumiques dans le foyer


Le Lit de braise est de forme trapézoïdale, cette distribution doit être codée dans le module d'initialisation des fractions volumiques de chacune des phases "usiniv". Le choix a été fait pour la construction du trapèze d'opter pour une forme en escalier où chaque "marche" correspond à la dimension d'une particule de coke telle que définit lors de l'initialisation (0.005m). Ceci a été fait pour éviter que le solveur considère des demi-particules en frontière du trapèze.

Ci-dessous une visualisation, dans le cas du maillage fin de la distribution initiale de fraction volumique des deux phases, pour une compacité considéré de 0.55 pour le coke.

                                                                                     

Le code fortran de cette initialistion des phases est disponibles en annexe.

  Les paramètres de calcul


BEI : Bureau d'Etude Industriel : Modélistation d'un four à bois (sujet 18)
Benoit Biton et Nicolas Gistau