Combustion du méthane et de l'air dans un brûleur

Ce bureau d'étude industriel a pour but de simuler numériquement la combustion du méthane dans un brûleur à oxydation partielle. A l'aide de Fluent, on peut simuler une flamme de méthane pour une géométrie donnée en utilisant la chimie propre au logiciel de simulation numérique avec le modèle de turbulence « k-eps », le modèle de combustion « eddy-dissipation » et le modèle de flamme de diffusion.

Néanmoins, cette chimie a été calée pour des flammes conventionnelles et n'est pas utilisable pour une chimie d'oxydation partielle. Afin de traiter le cas des brûleurs POx, il est nécessaire d'importer une nouvelle cinétique chimique, de type Chemkin pour son intérêt dans le calcul en chimie fine.

        Actuellement, il n'existe pas de cas tests de brûleurs POx convenablement décrits. Le but premier de ce bureau d'étude industriel est de valider cette démarche pour une flamme de méthane (CH4).

        Nous avons décidé de suivre la procédure suivante :
1.
calcul du cas sans flamme puis comparaison avec les expériences effectuées par l'IFP,
2.
calcul du cas avec flamme à l'aide de modèles standards de Fluent :
-
une première simulation en utilisant les modèles « k-eps » pour simuler la turbulence et « eddy-dissipation » pour simuler la combustion
- une seconde simulation avec un modèle de flamme de diffusion. Nous pouvons alors comparer nos résultats avec les expériences effectuées par l'IFP et voir quel modèle de combustion semble le plus réaliste.
3.
calcul du cas avec flamme en utilisant une chimie importée.

      Le brûleur étant axisymétrique, nous avons utilisé sa symétrie de révolution pour en faire une étude 2D comme le montre la figure suivante :

       

      Nous présentons ci-dessous quelques résultats obtenus par la simulation.

      Champ de vitesse    
      Champ de température obtenue par
      le modèle de flamme de diffusion

                       

      Nous pouvons ainsi voir sur la première image les zones de recirculation qui permettent à la flamme de se stabiliser.  La seconde image nous illustre la flamme issue de la combustion.

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