Modélisation de l'évaporation de gouttes multi-composants

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CHAPITRE 7 COMBUSTION D’UN BROUILLARD DE GOUTTES MULTI-COMPOSANTS7.2.3 Influence du diamètre initial de la goutteLe paramètre étudié maintenant est le diamètre initial des gouttes. Seul le modèle à diffusioneffective est utilisé. Deux types d’allumage sont observés : l’allumage interne et l’allumageexterne. Sur la Figure 7.6, la zone rouge indique la position de la flamme. En allumageinterne, la flamme se développe dans le nuage, alors qu’en allumage externe, il a lieu à lapériphérie de ce nuage.Allumage interneAllumage externeAllumagedans le nuageAllumage autourdu nuageFigure 7.6 : allumage interne (à gauche) et allumage externe (à droite) du nuage de gouttesLa Figure 7.7 fait apparaître, de haut en bas, la température du gaz, la fraction massique devapeur et le taux de réaction dans le nuage à l’instant t=2ms (à gauche) et à l’instant t où lecritère d’allumage est atteint (à droite).Dans les parties précédentes, le diamètre initial des gouttes était de 100µm. La concentrationde vapeur et la température dans le nuage étaient suffisantes pour que l’allumage s’effectue àl’intérieur du nuage (Figure 7.7 en haut), c’est l’allumage « interne ».Pour un diamètre initial de 50µm, le volume des gouttes est divisé par huit et pour garder lastœchiométrie, il faut huit fois plus de gouttes dans le nuage. La quantité de vapeur dans lenuage augmente alors plus vite avec des gouttes de 50µm mais l’air a considérablementrefroidi (Figure 7.7 en haut). En effet, à volume de liquide égal, le chauffage et l’évaporationdu liquide sont plus rapides avec de petites gouttes. Cela contribue au refroidissement du gazdans le nuage, tout comme l’éjection de vapeur dont la température est égale à celle à lasurface des gouttes. Malgré que la concentration de vapeur soit plus importante (Figure 7.7 aumilieu) avec des gouttes plus petites, la température du gaz dans le nuage est trop faible pouratteindre un taux de réaction suffisamment important dans le nuage provoquer l’allumage(Figure 7.7 en bas). Il faut donc attendre que la vapeur diffuse à l’extérieur du nuage où latempérature est plus importante pour le taux de réaction soit suffisant pour provoquerl’allumage (Figure 7.7 en bas). C’est l’allumage « externe ».Un comportement intermédiaire est mis en évidence avec un diamètre initial de 75µm(Figure 7.7).210
CHAPITRE 7 COMBUSTION D’UN BROUILLARD DE GOUTTES MULTI-COMPOSANTS1040t=2ms1400t=allumage10201300T g (K)100098096050µm75µm100µmT g (K)1200110050µm75µm100µm9400 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)10000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)0.06t=2ms0.08t=allumageY v0.040.0250µm75µm100µmY v0.060.040.0250µm75µm100µm00 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)00 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)25t=2ms500t=allumagedω /dt (mol/(m 3 .s))2015105050µm75µm100µm0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)dω /dt (mol/(m 3 .s))400300200100050µm75µm100µm0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Rayon (cm)Figure 7.7 : De haut en bas, température du gaz, fraction massique de vapeur et taux de réaction enfonction du rayon pour différents diamètres de gouttes de n-hexane à t=2ms (à gauche) et t àl’allumage du nuage (à droite)Remarque :sur la Figure 7.7, les échelles des ordonnées sont différentes entre les figures degauche et celles de droite pour une meilleure lisibilité. Il est également rappeléque le rayon du nuage de gouttes est de 1cm.211
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