simulation numerique de la combustion diphasique - cerfacs

– flamme de prémélange : carburant et air sont mélangés en amont de la flamme ;
– la réaction chimique est décrite par un schéma cinétique à une seule étape irréversible
(cf. section 1.5).
4.3.2 Caractéristiques de la flamme monophasique
La première étape de la mise en oeuvre du calcul diphasique est l’étude de la flamme de
prémélange monophasique.
On fait le choix d’un carburant qui est liquide dans les conditions standards : l’éthanol
(C 2 H 5 OH).
La réaction chimique de combustion de l’éthanol dans l’air est la suivante :
C 2 H 5 OH + 3 (O 2 + 3.76 N 2 ) −→ 2 CO 2 + 3 H 2 O + 11.28 N 2 (4.4)
L’écoulement étudié est schématisé sur la figure 4.2.
U 1
S L
gaz frais
gaz brules
x
entree
front de flamme
sortie
Fig. 4.2 – Schéma descriptif de la flamme de prémélange.
Dans une flamme laminaire de prémélange, la vitesse de propagation du front de flamme (vitesse
de flamme laminaire) est principalement fonction de la cinétique de réaction et des conditions
de température et de pression des gaz frais.
C’est une caractéristique majeure de la flamme, que l’on définit par :
∫ +∞
−∞
s L =
˙ω F dx
ρ 1 (YF 1 − Y F 2) (4.5)
où l’indice 1 correspond aux gaz frais et l’indice 2 aux gaz brûlés.
Le schéma cinétique réduit est donc déterminé de façon à reproduire la vitesse de flamme laminaire
mesurée expérimentalement.
La procédure d’ajustement du schéma opérée ici est la suivante :
1. On dispose de données expérimentales (Hayashi et Kumagai [6]).
2. On utilise un outil de référence pour le calcul de flammes planes laminaires prémélangées :
PREMIX. Il s’agit d’un code de calcul développé par SANDIA National Laboratories
résolvant les écoulements gazeux réactifs stationnaires et incompressibles en une dimension
avec des propriétés thermophysiques détaillées.
Les coefficients n F , n O , β, A et E a de l’équation (1.32) sont ajustés de manière à faire
coïncider les valeurs de s L calculées par PREMIX et les données exprérimentales pour une
gamme de richesse allant de 0.6 à 1.1.
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