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Influence des gouttes d'éthanol sur la propagation d'une flamme laminaire prémélangée

Chelelekian, Célia (2014). Influence des gouttes d'éthanol sur la propagation d'une flamme laminaire prémélangée. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire évalue numériquement l’influence des gouttes d’éthanol sur la propagation d’une flamme laminaire prémélangée.

Un modèle numérique simplifié, ciblé sur l’étude de la propagation libre de flammes prémélangées et monodimensionnelles dans des milieux diphasiques à 300 K, a été développé sous le logiciel COSILAB. Couplé à une cinétique détaillée de la combustion de l’éthanol, ce modèle a été validé par comparaison à des résultats expérimentaux et numériques issus de la littérature. Une étude paramétrique a été menée pour quantifier l’influence du diamètre initial des gouttes, de la pression initiale, et de la richesse liquide et totale du mélange frais sur la propagation de la flamme. Celle-ci a notamment révélé que l’augmentation du diamètre initial des gouttes et de la richesse liquide a un effet significatif sur la vitesse de flamme. Il s’est en effet avéré que les grosses gouttes (diamètre supérieur à 11 μm) s’évaporent moins bien et pénètrent dans la flamme. Cette évaporation tardive induit une diminution de la richesse effective ayant diverses répercussions :
- pour les mélanges pauvres, une diminution de l’intensité des réactions, un épaississement et un ralentissement de la flamme;
- pour les mélanges riches, un rapprochement de la stoechiométrie provoquant des réactions plus intenses, un affinement et une accélération de la flamme. Pour de petites gouttes (de 8 μm de diamètre), l’augmentation de la pression conduit en outre à des richesses effectives proches des richesses totales et favorisant l’évaporation. La flamme diphasique se comporte alors comme la flamme gazeuse équivalente. Finalement, des corrélations sont proposées afin de reproduire les comportements obtenus avec le modèle.

Titre traduit

Effects of ethanol droplets on premixed laminar flame propagation

Résumé traduit

The goal of this thesis is to numerically evaluate ethanol droplet’s effect on premixed laminar flame propagation.

A simplified numerical model has been developed with COSILAB. This model allows studying freely propagating 1-D premixed biphasic flames at 300 K. The model is coupled to a detailed chemical kinetic scheme for ethanol oxidation and is validated against experimental and numerical results of the literature. A parametric study is then conducted in order to quantify the influence of droplet size, equivalence ratios and initial pressure on flame propagation. The results revealed that the increase in initial droplet diameter and liquid equivalence ratio can cause significant variations of the flame speed. For example, large droplets (larger than 11 μm in diameter)enter the flame because their vaporization is incomplete. This late vaporization induces a decrease in effective equivalence ratio that can have the following impacts :
- for lean mixtures, the reactions become less intense and the flame becomes thicker and the flame speed is reduced;
- for rich mixtures, the gaseous equivalence ratio approaches the stoichiometric equivalence ratio that leads to more intense reactions, and thinner and faster flames.
Increasing the pressure leads to effective equivalence ratios approaching the total equivalence ratios, which promotes vaporization. The two-phase flame behaves like the equivalent gaseous flame. Finally, correlations are proposed enabling predicting biphasic laminar flame speed.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration génie aérospatial". Bibliographie : pages 133-136.
Mots-clés libres: Flamme Propagation Modèles mathématiques. Éthanol (Combustible) Gouttes. Écoulement diphasique. Évaporation. prémélangé, diphasique, flamme laminaire
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Seers, Patrice
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 19 mars 2015 14:56
Dernière modification: 13 mars 2017 21:46
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1434

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