Résultats

Cette partie présente les résultats obtenus grâce au code de dimensionnement 1D. Les résultats sont séparés en deux parties, l'hydrodynamique et les transferts thermiques (ces deux parties dépendent bien sûr des transferts de matière).

L'hydrodynamique :

L'hydrodynamique était déjà fonctionnelle dans le code de départ (pour la simulation d'un séchoir pneumatique), et n'a nécessité que peu de modifications. En effet seuls les effets de la production de gaz par la réaction de combustion ont été implanté dans les bilans de masses et de quantité de mouvement.

 

(Superposition des Vitesses du gaz et du solide en fonction de la hauteur z)

Avant les deux premiers mètres du combusteur, les deux vitesses ont convergé. Ce graphique permet de valider l'hydrodynamique pour deux raisons : la première est que les valeurs de ces vitesses sont de l'ordre du mètre par seconde ce qui concorde avec des valeurs obtenues par d'autres codes de simulation du système gazéifieur/combusteur. La seconde est que la vitesse de glissement $(U_g - U_p) = 1.28 \text{m.s}^{-1}$, or il s'agit de la valeur de la vitesse terminale de chute des particules (valeur tirée du rapport du projet de fin d'étude faisant partie du corpus de documents fournis en début de projet). Par définition la vitesse maximale atteinte par les particules doit induire une vitesse de glissement proche de leur vitesse terminale de chute.

 

Les transferts thermiques :

Les transferts thermiques entre les phases solides et gazeuses ont été ajoutés au code existant. Des bilans couplés ont été déduites les températures du gaz et des particules.

(Superposition des températures du gaz et des particules en fonction de la hauteur z)

Ce graphique confirme que les bilans d' enthalpies rendent des comportements "physiques". En effet la forte croissance de la température du gaz indique que la réaction de combustion est bien prise en compte , et la légère diminution de la température des particules en pied de combusteur est la preuve de la contribution des phénomènes de convection/diffusion thermiques puisqu'à cette hauteur, la température des particules est bien plus élevée que celle du gaz. Cependant, ce graphique montre également que la contribution de la réaction de combustion s' interrompt déjà dans la partie basse du combusteur. Il s'agit en fait d'un problème lié au taux de transfert de matière $\Gamma_p$. La diminution de la température du gaz sans augmentation de la température des particules peut s'expliquer par le fait que les valeurs de $Cp_g$ et $\rho_g$ continuent de varier alors que, comme le montre la suite, $\Gamma_p$ devient nul ! De plus la différence de température entre les deux phases est suffisamment petite pour considérer qu'alors, les phénomènes de convection/diffusion sont négligeables (ce qui n'est pas le cas en pied de combusteur).

 

(Graphique de l'évolution de la fraction massique de $CO_2$ en fonction de la hauteur z)

Ce graphique indique qu'à deux mètre de hauteur, la fraction massique de $CO_2$ est pratiquement égale à un, ce qui voudrait dire qu'il n'y a que du $CO_2$ dans la phase gazeuse à partir de cette hauteur. Ces valeurs sont aberrantes car non seulement l' augmentation de la fraction massique de $CO_2$ est bien trop élevée, mais la valeur maximale atteinte est en contradiction avec le fait que le dioxygène est introduit en excès dans le milieu. Il s'agit cependant des valeurs obtenues et bien que fausses, elles expliquent le comportement inattendu de l'évolution des températures. En effet $\Gamma_p$ dépend de la concentration en dioxygène dans la phase gazeuse, or si il n'y a que du dioxyde de carbone, $C_{O_2} = 0 \quad \text{mol.m}^{-3}$ ce qui entraîne $\Gamma_p = 0$.  

L' évolution du diamètre des particules en fonction de la hauteur z confirme ce constat :

Le diamètre des particules diminue fortement en pied de combusteur et reste ensuite constant, ce qui confirme qu'avant 0.5 mètres, $\Gamma_p =0$.

Il est alors envisageable que les bilans dans le code 1D contiennent des erreurs ou que le modèle donnant la valeur de $\Gamma_p$ à chaque itération est à revoir. La durée du BEI n'aura pas suffit à trouver la réponse.