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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique Université Saad Dahleb de Blida Faculté des Sciences de l’ingénieur Institut d’Aéronautique En vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur d’état en aéronautique Option : Propulsion Promoteur : Présenté par : Mr. Allali Abderrazak Mr. Bey Ahmed khernache Bakir Co-Promoteur : Mr. Benoud Salim Année universitaire : 2008-2009 A me A tou Je souha concr es très cher A toutes m uts mes Co aite dédier rétisation d D rs parents et de sacr A mes ch A A mes A mes c ma famille llègues de A tous Au Dédic r ce modest de tous me Dernières a s ma raison rifice, Que hers frères A ma chère s oncles et cousins et le BEY AH l’institut mes amis d ux gens qu BEY AH cace te travail, es efforts f années : n de vivre, dieu les g et ses fam re sœur. t mes tante mes cousi HMED K d’aéronau de TAOU ue j’aime. HMED KH synonyme fournis ces symbole d gardes. milles. es. ines. KHERNA utique de B UET. KHERNAC e de s de courage CHE. Blida 200 CHE BAK e. 09. KIR Nous tenons à remercier le bon Dieu (Allah) le tout puissant de nous avoir attribué la faveur de réussir nos études. Nous tenons à remercier notre promoteur Mr. Allali abderrazak et co-promoteur benoud salim pour son constant suivi, son aide et ces précieux conseils, qui nous ont beaucoup aidé à ce modeste travail. Nous remercions également tous les enseignants de l’institut d’aéronautique qui ont contribué à notre formation, tous nos amis et camarades de la promotion ainsi à tous qui ont collaboré de prés ou de loin à la réalisation de ce projet. Enfin, nous présentons tous nos vifs et sincères remerciements à monsieur le président et les membres du Jury qui ont accepté d’honorer par leur présence notre travail. Remerciements Résumé La compréhension de la combustion turbulente représente un intérêt capital dans le domaine des écoulements réactifs, les flammes turbulentes prémélangées sont un type de cette combustion. Elles ont reçu un intérêt particulier dans le présent travail vu leur présence remarquable dans des applications domestiques et technologiques diverses, mais beaucoup plus pour leur vertu écologique. Le présent travail consiste à étudier l’influence de divers paramètres sur la stabilité des flammes turbulentes, en se basant sur l’approche R.A.N.S (Reynolds Avraged Navier-Stokes équation), des jets turbulents et swirlés (brûleur ou injecteur) de fluides réactifs et non-réactif dans la chambre de combustion. La modélisation de la combustion est basée sur le modèle de Magnussen. Le modèle k-ε est utilisé pour modéliser la turbulence. Le modèle géométrique est créé par « SOLIDE WORKS », la génération de maillage et les conditions aux limites ont été élaborés à l’aide du programme « GAMBIT ». Les différentes simulations numériques ont été faites à l’aide du code de calcul « FLUENT 3D». Des résultats intéressants ont été obtenus concernant les champs de vitesse axiale et la température, les fraction massique des différentes espaces impliquées dans le processus de combustion : CH4 ,O2 ,CO2 ,H2O et CO. Abstract The understanding of turbulent combustion present a capital interest in the field of reactive flows, due to the complexity of the phenomena brought into play but also because very widespread in our practical life. The premixed turbulent flame is one type in various domestic and technological application bat especially for their ecological virtue. The work is a contribution to the numerical study of the turbulent jets of non-reactive and reactive fluids. So, the principal objective is to study the influence of various parameters on the premixed turbulent flame stability. The modelling of the combustion is based on the model of Magnussen, and the turbulence effects are taken in account using the k-ε model. The problem was tackled by using the computer data-processing « Solid Works », for the generation of the geometry mesh, we use « Gambit » code, and to solve the problems to obtained simulations we use « Fluent » code. Interesting result were obtained concerning the field of axial velocity, temperature and mass fractions the various species: CH4 ,O2 ,CO2 ,H2O and CO. Liste des figures Fig. N° Titre Page Fig.I.1 un turboréacteur 13 Fig.I.2 turbopropulseur 13 Fig.I.3 un turbofan 13 Fig.I.4 le compresseur type axial 15 Fig.I.5 une coupe de chambre de combustion 15 Fig.I.6 les étages de turbine 16 Fig.I.7 la tuyère 16 Fig.I.8 les différents éléments qui constituent la chambre de combustion 17 Fig.I.9 Le flux traversant la chambre une combustion 18 Fig.I.10 turboréacteur a chambres de combustion individuelles (VK-1H) 19 Fig.I.11 photo d’une coupe longitudinale des chambres Annulaire (ATAR) 20 Fig.I.12 chambre de combustion mixte 20 Fig.I.13 chambres de combustion inversée 21 Fig.I.14 injecteur simplex 23 Fig.I.15 injecteur duplex 23 Fig.I.16 coupe longitudinal du tourbillonnaire 24 Fig.II.1 Régime de combustion stable 31 Fig.II.2 Régime de combustion instable 31 Fig.II.3 Flamme à contre-courant 32 Fig.II.4 Représentation de bec de Bunsen 33 Fig.II.5 Evolution de la température dans la flamme 34 Fig.II.6 .Photographie d’une tornade 35 Fig.II.7 Expansion brusque générique utilisée pour les études appliquées sur les écoulements swirlés. Ces . configurations sont généralement axisymétriques. 36 Fig.II.8 Lignes de courant d’un écoulement swirlé présentant une zone de recirculation au niveau de l’axe du domaine. 36 Fig.II.9 Génération de tourbillons par la précession 38 Fig.II.10 Comparaisons de la vitesse avec et sans divergent 40 Fig.II.11 Type d'écoulement dans une chambre avec un divergent et un swirl 41 Fig.II.12 Diagramme de combustion prémélangée BORGHI 44 Fig.II.13 Flamme mince plissée 45 Fig.II.14 Flamme épaissie 46 Fig.II.15 Flamme plissée épaissie 46 Fig.II.16 position relative des différentes approches de la modélisation de la turbulence en fonction de leurs hypothèses génération 47 Fig.III.1 de vue du montage expérimental 59 Fig.III.2 le système d'injections internes du brûleur expérimental 60 Fig.III.3 Représentation schématique 61 Fig.III.4 Plan de l’injecteur avec le plénum (à gauche), l’alimentation en carburant(au centre) et le swirler (à droite) 62 Fig.III.5 Vue avant et arrière du swirler(CAO) avec les douze trous d’injection de méthane et les trois Fentes d’alimentations en air 62 Fig.III.6 Vue globale du maillage 63 Fig.III.7 contour de la pression statique 64 Fig.III.8 contour de lavitesse axiale 65 Fig.III.9 Coupes de profils de la vitesse axiale expérimentale 65 Fig.III.10 Coupes de profils de la vitesse axiale 66 Fig.III.11 vecteurs de la vitesse axiale 66 Fig.III.12 direction du vecteur vitesse 67 Fig.III.13 l’écoulement lors de l’apparition d’un Precessing Vortex Core(pvc) 67 Fig.III.14 Température adiabatique de fin de combustion en Fonction de la richesse pour le mécanisme(2-step mechanisme) 68 Fig.III.15 contour de la vitesse axiale 69 Fig.III.16 Vue expérimentale de chambre combustion 69 Fig.III.17 contour de la température statique 69 Fig.III.18 la fraction massique du méthane 70 Fig.III.19 la fraction massique du l’oxygène 70 Fig.III.20 la fraction massique du CO2 70 Fig.III.21 la fraction massique du CO 70 Fig.1 La géométrie de La chambre de combustion et la tuyère d’injection 74 Fig.2 La géométrie tourbillonneur ou L’injecteur (swirl) 74 Fig.3 La géométrie le flexible et le plénum 74 Nomenclatures Symbole signification a constante de vitesse R constante des gaz parfaits Cp,i capacité calorifique de l’espèce i à pression constante Ui sont les trois composantes cartésiennes du champ de vitesse Da Nombre de Damköhler DT Diffusivité thermique Gb Rapport des masses volumiques Ea Énergie d’activation réduite de la réaction Ta Température d’activation Fr Nombre de Froude B coefficient pré-exponentiel Ka Nombre de Karlovitz Le Nombre de Lewis du réactif Lf Taille caractéristique de flamme m & Debit massique Ma Nombre de Markestien n Facteur d’expansion ReT Nombre de Reynolds turbulent SD Vitesse des gaz frais devant la flamme SL Vitesse de propagation du front de flamme S0 Entropie d’écoulement Tb Température des gaz brulés Tf Température des gaz frais Ti Température d’auto-inflammation U Vitesse réduite de propagation de flamme Vitesse du tourbillon Vg Vitesse de l’écoulement W & Taux de réaction moyen WR Taux de production chimique y Vecteur position Yk Fraction massique de l’espèce k YR Fraction massique de combustible Zf Scalaire passif à la stoechiométrie λ conductivité thermique du gaz α Valeur dépendante du combustible utilisé α0 Amplitude initiale β Énergie réduite d'activation (ou nombre de Zeldovich) σε les nombres turbulents de Prandtl pour ε σk les nombres turbulents de Prandtl pour k δL Épaisseur de la flamme δr Épaisseur de la zone de réaction Cp,m capacité calorifique du mélange par unit´e de masse Q ° p,i La chaleur de formation de l’espèce i `a pression constante et `a la température de référence T0 u′ ρ Masse volumique Rij Taux de réaction τ Taux de dégagement de chaleur dû au frottement visqueux τc Temps de réaction τt Temps de transition de la flamme Taux de dégagement de chaleur ΩL Taux de consommation par unité de surface τik Tenseur des contraintes visqueuses Mm la masse molaire du mélange ∆h Chaleur de réaction hi Enthalpie massique Fki les flux de diffusion de l’espèce i Yp la fraction massique d’une espèce p de produit Yr la fraction massique d’une espèce uploads/Finance/ mr-allali-abderrazak-mr-bey-ahmed-khernache-bakir-mr-benoud-salim-2008-2009.pdf