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MODÉLISATION DE LA COMBUSTION
DANS UN FOYER BOIS À BÛCHES
Tudor FLOREA
Tudor.Florea@ensm-douai.fr
École des Mines de Douai
Département Énergétique Industrielle
7 décembre 2006
2/12
Introduction
• Chauffage domestique à partir du bois» Émissions de CO» Imbrûlés» Poussières
• Modélisation numérique• Première étape : étude numérique de la
combustion en phase gazeuse dans un foyer bois bûches» Modèles de cinétique chimique» Modèles de turbulence
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Chaudière de petite puissance
• Chartreuse 22
• Caractéristiques » Pnom = 18 kW» Ts,eau = 80 °C» Veau = 40 l» Tfumées = 350 °C
• Dimensions 1165 x 785 x 682 mm
• Principe de fonctionnement
4/12
Hypothèses
• Régime permanent• Disposition aléatoire de bûches• Combustible : matières volatiles réactions
homogènes• Mécanisme réactionnel semi-global • Bûches en phase de séchage et sources des
volatiles• Débit des volatiles est le débit bois enregistré
pendant les essais expérimentaux • Débit d’air calculé à partir de réactions chimiques• Distribution d’air entre les entrées n’est pas
connue suppositions • Surfaces des obstacles intérieures sont
adiabatiques
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Cinétique chimique
• Combustion homogène en phase gazeuse
• Modèle de “Eddy Dissipation Concept”
4 2 2
2 2
2 2
2 2 2
2 2 2 2 2
2 4 2 2 2
CH 1.5 O CO 2 H O (R1)
CO 0.5 O CO (R2)
CO CO 0.5 O (R3)
H 0.5 O H O (R4)
C H 2.5 O 2 CO H O (R5)
C H 3 O 2 CO 2 H O (R6)
4
2
2
2 2
2 4
Élément Pourcentage
CH 14
CO 45
CO 7
H 28
C H 2
C H 4
6/12
Turbulence
• k-ε Standard» Relation de Prandtl-Kolmogorov
» Équations de transport
» Constantes du modèle : C1ε ; C2ε ; Cμ ; σk ; σε ; Prt
22/32/1 ;
kC
L
kCLkC tt
bk
jk
t
ji
i GGx
k
xx
uk~
21
~CGC
kxxx
uk
j
t
ji
i
7/12
Turbulence
• k-ε RNG
» Technique du groupe de renormalisation
» Mêmes équations de transport
» Constante C2ε
» Constantes du modèle : C1ε ; C*2ε ; Cμ ; σk ; σε ; β ; λ0
jiijSSkC
CC 2 1
)/1(3
03
22
8/12
Turbulence
• k-ε “bas-Reynolds”
» Mêmes équations de transport
» C1ε ; C2ε et Cμ du modèle k-ε Standard sont modifiées à l’aide de trois fonctions
222111 fCCfCCfCC BRBRBR
22
3
1
2
Reexp1 05,0
1
Re
5,201Re0165,0exp1
t
ty
ff
f
f
yk
k
y
t
Re
Re2
9/12
Résultats
• Vecteurs vitesse (m/s)
k-ε Standard k-ε RNG k-ε “bas-Re”
• Température (K)
10/12
Résultats
• Taux de réaction R2 (en kgmol/m3·s)
k-ε Standard k-ε RNG k-ε “bas-Re”
11/12
Résultats
Valeurs Modèles T (K) CO CO2
Prédites
k-ε Standar
d759 0,0019 0,055
k-ε RNG 766 0,002 0,058
k-ε “bas-
Reynolds”
653 0,0045 0,063
Mesurées 714 0,00630 0,0788
12/12
Conclusions et perspectives
• k-ε “bas-Re” prédit mieux les structures tourbillonnaires
• Rôle du modèle de transfert de chaleur par rayonnement
• Régime instationnaire• Mesures expérimentales supplémentaires
» Températures et concentrations des espèces» Champ de vitesses des particules (PIV)» Visualisation de zones de réaction par fluorescence
du radical OH
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MODÉLISATION DE LA COMBUSTION
DANS UN FOYER BOIS À BÛCHES
Merci pour votre attention
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