Dissertations / Theses on the topic 'Combustion de suie'
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Lamharess, Nora. "Etude de la réactivité des suies issues de la combustion des biocarburants : interaction avec le filtre à particules catalysé." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066717.
Abstract:
Cette thèse a pour objectif d’étudier et de comprendre, sur un filtre à particules catalysé commercial, la réactivité des suies issues de la combustion de trois différents carburants : un gazole conventionnel (GO), un mélange de 30% de biodiesel avec du gazole (B30) et un mélange de 30% de gazole de synthèse de type Fischer-tropsch avec du gazole conventionnel (FT30). L’approche repose sur l’utilisation d’un catalyseur de type DPNR (Toyota) afin de réaliser des essais au banc à gaz synthétiques et au banc moteur. Des caractérisations physico-chimiques des suies, du catalyseur et des carburants sont également réalisées afin de mieux comprendre la réactivité de chaque type de suie et de faire le lien entre le carburant et la réactivité catalytique. Il ressort de cette étude que l'utilisation de biocarburants, dans un moteur Diesel, ne devrait pas pénaliser le fonctionnement ni la gestion du filtre à particules catalysé. Le biocarburant de première génération (type biodiesel) serait même bénéfique dans la mesure où la composition des gaz d'échappement qui en résulte est favorable à la régénération continue du filtre à particules catalysé par le NO2 : émissions de suies diminuées et rapport NOx/PM augmenté. Les suies issues du biocarburant de deuxième génération (type Fischer-Tropsch) se sont quant à elles révélées particulièrement réactives dans le cas de la régénération forcée, en présence de NO2 et d'oxygène. Leur oxydation rapide permettrait de diminuer la durée de ce mode de régénération et par là de limiter la surconsommation de carburant qui lui est associée. Les réflexions menées suite aux résultats de cette étude laissent supposer que la suie du B30 est plus avantageuse en termes de régénération continue par le NO2 alors que la suie FT30 est plutôt intéressante pour une régénération par l’oxygèneThe aims of this thesis is to study and understand, on a CDPF, the reactivity of soots arising from three different biofuels: a classic gasoil (named GO), a blend of 30% of biodiesel with classic gasoil (named B30) and a blend of 30% of Fischer-tropsch gasoil with classic gasoil (named FT30). The approach is based on the use of a commercial catalyst type DPNR of Toyota in order to realize some tests on engine and synthetic gas benches. Characterization tests have also been realized for a better understanding of the reactivity of each soot type. It appears from this study that the use of biofuels in Diesel engines should not penalize the functioning or controlling of the catalyzed particulate filter. The first generation biofuels (B30) is very interesting because the composition of exhaust gases resulting from the combustion of this biofuels is favorable for the continuous regeneration by NO2 (decrees of soot emissions and increase of NOx / PM ratio. The soot from the second-generation biofuel (FT30) has been found very reactive in the case of the forced regeneration in the presence of NO2 and oxygen. The fast oxidation of this soot would reduce the time of this mode of regeneration and thus limits the fuel penalty due to such regeneration. The results of this study suggest that the B30 soot is more interesting on continuous regeneration by NO2 while soot FT30 favors the regeneration by oxygen
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Aubagnac-Karkar, Damien. "Sectional soot modeling for Diesel RANS simulations." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2014. http://www.theses.fr/2014ECAP0061/document.
Abstract:
Les particules de suies issues de moteur Diesel constituent un enjeu de santé publique et sont soumises à des réglementations de plus en plus strictes. Les constructeurs automobiles ont donc besoin de modèles capables de prédire l’évolution en nombre et en taille de ces particules de suies. Dans ce cadre, un modèle de suies basé sur une représentation sectionnelle de la phase solide est proposé dans cette thèse. Le choix de ce type d’approche est d’abord justifié par l’étude de l’état de l’art de la modélisation des suies. Le modèle de suies proposé est ensuite décrit. A chaque instant et en chaque point du maillage, les particules de suies sont réparties en sections selon leur taille et l’évolution de chaque section est gouvernée par : • une équation de transport;• des termes sources modélisant l’interaction avec la phase gazeuse (nucléation, condensation, croissance de surface et oxydation des suies);• des termes sources collisionnels permettant de représenter les interactions entre suies (condensation et coagulation). Ce modèle de suies nécessite donc la connaissance des concentrations locales et instantanées des précurseurs de suies et des espèces consommées par les schémas de réactions de surface des suies. Les schémas fournissant ces informations pour des conditions thermodynamiques rencontrées dans des moteurs Diesel comportant des centaines d’espèces et des milliers de réactions, ils ne peuvent être utilisés directement dans des calculs de CFD. Pour pallier cela, l’approche de tabulation de la chimie VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) a été proposée. Cette approche est basée sur l’approche ADF (Approximated Diffusion Flame) qui a été simplifiée pour permettre son emploi couplé au modèle de suies sectionnel. Dans un premier temps, la capacité du modèle tabulé à reproduire la cinétique chimique a été validée par comparaison des résultats obtenus avec ceux de réacteurs homogènes avec loi de piston équivalents. Finalement, le modèle VPTHC, couplé au modèle de suies sectionnel, a été validé sur une base d’essais moteur dédiée avec des mesures de distribution en taille de suies à l’échappement. Cette base comporte des variations de durée d’injection, de pression d’injection et de taux d’EGR à la fois pour un carburant Diesel commercial et pour le carburant modèle utilisé dans les calculs. Les prédictions des débits horaires de suies et des distributions à l’échappement obtenues sont en bon accord avec les mesures.Ensuite, les résultats du modèle ont été comparés avec les mesures plus académiques et détaillées du Spray A de l’Engine Combustion Network, un spray à haute pression et température. Cette seconde validation expérimentale a permis l’étude du comportement du modèle dans des régimes transitoiresSoot particles emitted by Diesel engines cause major public health issues. Car manufacturers need models able to predict soot number and size distribution to face the more and more stringent norms.In this context, a soot model based on a sectional description of the solid phase is proposed in this work. First, the type of approach is discussed on the base of state of the art of the current soot models. Then, the proposed model is described. At every location and time-step of the simulation, soot particles are split into sections depending on their size. Each section evolution is governed by: • a transport equation;• source terms representing its interaction with the gaseous phase (particle inception, condensation surface growth and oxidation);• source terms representing its interaction with other sections (condensation and coagulation).This soot model requires the knowledge of local and instantaneous concentrations of minor species involved in soot formation and evolution. The kinetic schemes including these species are composed of hundreds of species and thousands of reactions. It is not possible to use them in 3D-CFD simulations. Therefore, the tabulated approach VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) has been proposed. This approach is based on the ADF approach (Approximated Diffusion Flame) which has been simplified in order to be coupled with the sectional soot model. First, this tabulated combustion model ability to reproduce detailed kinetic scheme prediction has been validated on variable pressure and mixture fraction homogeneous reactors designed for this purpose. Then, the models predictions have been compared to experimental measurement of soot yields and particle size distributions of Diesel engines. The validation database includes variations of injection duration, injection pressure and EGR rate performed with a commercial Diesel fuel as well as the surrogate used in simulations. The model predictions agree with the experiments for most cases. Finally, the model predictions have been compared on a more detailed and academical case with the Engine Combustion Network Spray A, a high pressure Diesel spray. This final experimental validation provides data to evaluate the model predictions in transient conditions
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Keita, Mamady. "Modeling of soot particles nucleation from combustion processes." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10145.
Abstract:
Pour mieux contrôler l’émission des particules de suies et minimiser leurs impacts sur l’environnement et la santé publique, il est crucial de mieux comprendre leurs mécanismes de formation, en particulier dans les processus de combustion des hydrocarbures. La première étape de formation de ces matières carbonées est la formation de leurs précurseurs appelés HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), suivie de l’étape de nucleation des suies. La première partie de ce travail de recherche est focalisée sur le développement d’un nouveau schéma cinétique détaillé, décrivant avec précision non seulement l’auto-inflammation et la combustion basse et haute températures des carburants liquides de transport et ceux du laboratoire, mais aussi la formation des HAP jusqu’au coronène car ces HAP sont suspectés d’être les principaux précurseurs de suies. Dans la deuxième partie de ce travail, un modèle sectionnel de suies est utilisé avec le présent schéma cinétique afin d’investiguer les mécanismes de formation des particules de suies en reproduisant les tendances des données expérimentales (fractions volumiques de suies, diamètres des particules). Ce modèle de suies décrit la nucleation, la condensation, la croissance en surface, la coagulation et l’oxydation des particules de suies. Le couple “schéma cinétique-modèle sectionnel de suies” a été validé sur les flammes prémélangées laminaires de methane, d’éthylène et de n-butane à différentes richesses. Les dimérisations homomoléculaire et hétéromoléculaire des HAP de taille modérée (du pyrène au coronène) ont été considérées pour la modélisation de la nucleation des particules de suiesTo better control soot particles emission and minimize their health and environmental effects, it is crucial to better understand their formation mechanisms in particularly combustion processes. The first step of these particulates matter formation is their precursors PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) formation, followed by the nucleation process which links the gas-phase (PAH chemistry) and solid-phase (particles). In the first part of this work, we developed a new detailed chemical kinetic mechanism describing accurately both low and high-temperature ignition and combustion of a wide range of liquid transportation and laboratory fuels as well as the formation of PAH up to coronene, suspected to be major soot precursors. In the second part of this work, a sectional soot model is used with the developed kinetic mechanism in order to investigate soot particles nucleation mechanisms in reproducing experimental data tendencies (soot volume fractions and particles diameters). This couple of kinetic and soot models is run on the detailed kinetic solver Cantera in order to solve both the gas and disperse solid phases in steady laminar flame conditions. The soot model used with the developed detailed kinetic mechanism is validated over premixed laminar methane, ethylene and n-butane flames at various equivalence ratios. Homomolecular and Heteromolecular dimerizations of modest size of PAHs from pyrene to coronene (mass of monomer ranging from 200 to 300 amu) have been considered for particle nucleation modeling
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Mahjoubi, Hedi. "Contribution au développement de la pyrométrie polychromatique en combustion diesel." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1420_hmahjoubi.pdf.
Abstract:
La température instantanée des gaz dans la chambre de combustion d'un moteur diesel est un paramètre fondamental des processus de formation des polluants et d'évaluation des pertes thermiques. Sa détermination à partir des mesures de rayonnement nécessite une parfaite connaissance des propriétés radiatives du milieu en combustion. Dans ce cadre, une évaluation rigoureuse de l'émissivité de la suie, fondée sur la théorie de la diffusion de la lumière de mie, a permis de concevoir et développer une méthode susceptible de fournir la température, la concentration et la taille des particules de suie à partir de mesures simultanées de luminance à trois longueurs d'onde. La validation de la méthode a été faite sur une flamme de diffusion laminaire. Elle a ensuite été testée sur deux types de moteur: un moteur expérimental, un moteur industriel. Les essais ont fait ressortir l'importance du délai d'auto inflammation. L'accroissement de ce dernier implique une élévation de la température de combustion et une diminution importante de la quantité de suie produite. Celle-ci apparaît par ailleurs étroitement liée à la charge. Enfin si la taille des particules semble peu sensible aux paramètres de fonctionnement moteur, sa prise en compte en pyrométrie trichromatique apporte une meilleure précision de mesure par rapport aux méthodes traditionnelles. L'ensemble des résultats montre le rôle que peut jouer la méthode proposée dans la recherche des conditions optimales de la combustion.
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Keller, Michel. "Development of a multi-scale approach using chemical kinetics and reactive force field molecular dynamics to model soot formation and oxidation." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAE005.
Abstract:
La présente étude décrit la mise au point d'une approche multi-échelles pour la modélisation des processus pendant la formation et l'oxydation précoce de la suie. Pour ce faire, des calculs cinétiques détaillés et macroscopiques en phase gazeuse sont utilisés, à l'aide de Chemkin, pour modéliser la combustion dans un réacteur fermé hétérogène dans des conditions diverses. Afin d'étudier l'impact de la température, du mélange de carburant et du rapport d'équivalence, une gamme de ces trois paramètres a été analysée. A partir des résultats des calculs de cinétique de réaction, des molécules pertinentes pour la formation de suie, appelées précurseurs de suie, ont été extraites et selon certains critères introduits dans des boîtes de simulation pour modéliser la formation de liaisons entre les molécules de précurseurs de suie par modélisation de la dynamique moléculaire du champ de force réactif. Afin d'obtenir la meilleure description de ces processus, trois champs de forces réactives sont évalués et comparés aux calculs ab initio. L'effet des paramètres de simulation utilisés dans l'approche de modélisation moléculaire du champ de force réactive, comme la température et le pas de temps, sur la précision des calculs est étudié et analysé pour confirmer les conditions optimales de modélisation. Les impacts de la température, du mélange de combustible et du rapport d'équivalence des calculs de Chemkin se traduisent par les compositions des précurseurs de suie et l'influence des différentes compositions a été étudiée sur le taux et la structure des molécules nouvellement formées. Les structures qui en résultent se comparent bien aux résultats expérimentaux précédemment rapportés. En outre, le taux de formation de liaison entre les précurseurs de suie est en corrélation linéaire avec la température à laquelle les précurseurs de suie sont produits, tandis que le combustible et le rapport d'équivalence n'ont pas d'incidence directe sur le taux de réaction. Les structures de croissance générées sont regroupées : 1) hydrocarbures polycycliques directement liés, 2) aliphatiquement liés et 3) hydrocarbures polycycliques péricondensés. On constate que la quantité de molecules aliphatiquement liés augmente avec la quantité de contenu aliphatique du mélange de carburant. De plus, un schéma de réaction est présenté montrant les voies de réaction les plus représentatives pour former des structures de croissance dans chaque classe de grumeaux et leur interconversion éventuelle. L'impact des différences structurelles dans les structures générées par la formation de liaisons entre les précurseurs de suie, sur leur cinétique d'oxydation est testé. Pour ces quatre oxydants différents, ce sont des radicaux oxygène, des radicaux hydroxyle, des radicaux hydroperoxyle et des radicaux méthoxy, qui sont introduits et les réactions modélisées. On constate que deux des oxydants introduits se décomposent et interagissent largement et ne réagissent donc pas avec les structures de suie naissantes formées. Pour les deux autres oxydants, la cinétique des réactions d'oxydation avec les structures de suie naissantes est étudiée. On peut montrer que la cinétique est différente pour les espèces qui possèdent une chaîne latérale aliphatique par rapport à celles qui n'en possèdent pas. Enfin, les énergies d'activation des réactions d'oxydation sont estimées, en traçant la constante de vitesse sur la température inverse. Les énergies d'activation trouvées se comparent bien aux expériences et autres études de modélisation de la littérature. Le présent travail - qui applique une approche combinée de calculs cinétiques macroscopiques en phase gazeuse et de simulations de champ de force atomique réactive - offre une bonne alternative pour obtenir des différences structurelles de suie naissante pour une large gamme de conditions thermodynamiques et des mécanismes de réaction détaillés pour les processus de formation et d'oxydation des suiesIn the present study bond formation reactions between soot precursors and their role in the soot inception process is investigated. The soot precursors were generated in macroscopic detailed gas-phase kinetic calculations and according to certain criteria introduced in simulation boxes to model bond formation between soot precursor molecules with reactive force field molecular dynam-ics modeling. The impacts of temperature, fuel mixture and equivalence ratio have been investigated on the rate and structure of the newly formed molecules. The resulting structures compare well to previously reported experimental results. Furthermore, the bond formation rate between PAH is found to be linearly correlated with the temperature at which the PAH precursors are generated, while fuel and equivalence ratio do not have a direct impact on the reaction rate. The generated growth structures are lumped in: 1) directly linked, 2) aliphatically linked and 3) pericondensed polycyclic hydrocarbons. It is found that the amount of aliphatically linked PAH increases with the amount of aliphatic content of fuel mixture. Finally, a reaction scheme is presented displaying the most representative reaction pathways to form growth structures in each lumping class and their eventual intercon-version. The present work – that applies a combined approach of macroscopic gas-phase kinetic calculations and atomistic reactive force field simulations – offers a good alternative to obtain structural differences of nascent soot for a broad range of thermodynamic conditions and detailed reaction mechanisms for soot inception process
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Kashif, Muhammad. "Measurement of sooting tendencies of alternative fuels : application to primary reference fuels." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066258.
Abstract:
Un dispositif a été conçu et validé pour mesurer la fraction volumique de suie dans de flammes non-prémélangées méthane/air dopées en vapeurs d’hydrocarbures liquides. La quantification en fraction volumique de suie est obtenue en inversant les données d’extinction d’un faisceau laser à travers une flamme axisymétrique par l’algorithme nommé Onion- Peeling stabilisé par une régularisation de type Tikhonov. La mesure est ensuite convertie en un indice appelé Yield Sooting Index (YSI). La méthode a été appliquée pour comparer les tendances des de mélanges de n-heptane et d’iso-octane (Primary Reference Fuels (PRFs)) à produire de suie dans une flamme non-prémélangée axisymmétrique dopée en vapeur de PRF, en maintenant constante soit la concentration en vapeur, soit de l’énergie des vapeurs injectés. Une corrélation de second ordre a été établie pour prédire la variation d’YSI avec la teneur en iso-octane dans le PRF et la concentration en dioxyde de carbone dans l’écoulement oxydant annulaire. Les études réalisées sur cette flamme de laboratoire et les résultats obtenus ont une portée pratique et doivent permettre de prédire le comportement des combustibles considérés à former de suie en condition réellesAn optical diagnostics layout is designed and validated to measure soot volume fraction in methane/air diffusion flames doped with vapors of liquid hydrocarbons. Soot volume fraction is inferred from the inversion of integrated light extinction data using an Onion-peeling algorithm stabilized by a Tikhonov regularization method. This measurement is then converted into apparatus-independent Yield Sooting Index (YSI). The method has been applied to compare the sooting tendencies of PRFs in doped axisymmetric diffusion flames when keeping the concentration or energy of injected vapors constant. A second-order correlation modeling the variation of YSI with the mole fraction of iso-octane in PRF mixture and the proportion of carbon dioxide in the co-flowing oxidizer has been established using least-squares non-linear data-fitting to experimental data. These studies performed on laboratory flames and the results obtained are of practical importance and can be used to predict the sooting behavior of fuels under practical combustion environment
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Saylam, Ahmad. "Etudes par modélisation de l'oxydation et de l'autoinflammation d'alcanes et d'aromatiques purs et de mélanges à haute pression entre 600 et 1500 K : réduction de mécanismes détaillés : mesure de la formation des suies." Artois, 2005. http://www.theses.fr/2005ARTO0206.
Abstract:
La compréhension et la maîtrise des phénomènes de combustion demande un travail interactif d'expérience et de modélisation. Une description de ces deux modes de recherche couplés est un passage nécessaire de la mise en évidence de la complexité des phénomènes étudiés (Chapitres I et II). Cette complexité ne permet pas toujours d'élucider complètement la chimie d'oxydation des hydrocarbures. Une tentative d'améliorer la simulation des résultats expérimentaux d'un mécanisme d'oxydation de l'iso-octane montre cet échec (Chapitre III). L'oxydation d'un hydrocarbure peut mettre en jeu des centaines d'espèces et des milliers de réactions qui doivent être incorporées dans ces mécanismes détaillés. La nécessité de réduire ces mécanismes détaillés nous a logiquement conduit à élaborer une technique de réduction de ces mécanismes (Chapitre IV). Des mécanismes thermocinétiques prédictifs sont construits et validés sur des données expérimentales nouvelles et précédemment acquises au laboratoire Physicochimie des Processus de Combustion et de l'Atmosphère (PC2A) ou publiées (Chapitre V). Des techniques de diagnostic laser sont utilisées pour mesurer in situ des particules de suies et des HAP dans une flamme de méthane (Chapitre VI)The understanding and control of many combustion phenomena requires an interactive work between experiments and modelling. The presentation of the two coupled approaches is a prerequisite to demonstrate the complexity of the phenomena (Chapters I and II). This complexity often precludes from fully elucidating the details of the chemistry of hydrocarbon oxidations. Such a failure has been shown by an attempt to improve the mechanism of oxidation of isooctane (Chapter III). Hundreds of species and thousands of reactions come into play during the oxidation of an hydrocarbon and they all must be included into the detailed mechanisms. The need for smaller mechanisms logically has led to devise a technique of reduction (Chapter IV). Predictive thermokinetic mechanisms have been built, reduced, and validated with new experimental data and data collected from previous work or published elsewhere (Chapter V). Laser diagnostic techniques have been used to measure soot particles and HAP inside a methane flame (Chapter VI)
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Legros, Guillaume. "Etude du comportement radiatif d'une flamme de diffusion établie en micropesanteur." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2297.
Abstract:
Ces travaux contribuent à un projet tendant à caractériser la propagation d'une flamme d'incendie établie en apesanteur. Une flamme de diffusion d'éthylène est alors établie sur une plaque plane et alimentée par un jet oxydant transverse. Les premiers résultats expérimentaux traduisent la forte sensibilité de la puissance radiative émise par la flamme à la vitesse de l'écoulement oxydant et le rôle déterminant des suies. La contribution des gaz à la puissance radiative émise par la flamme est numériquement simulée, recoupant qualitativement les résultats expérimentaux. En l'absence d'un modèle numérique fiable de production de suie, un modèle phénoménologique, étayé par une analyse théorique, est alors proposé afin d'évaluer cette production en fonction des paramètres du problème que sont vitesse d'écoulement oxydant et vitesse d'injection combustible. Ce modèle met finalement au jour deux régimes distincts où les suies jouent pour la combustion un rôle inhibant pour l'un et moteur pour l'autreThis study is a contribution to a project aiming to characterize a fire spreading in weightlessness. An ethylene burner across which an airflow leads to boundary layer type conditions is used. First experimental results show the high sensitivity of the flame radiative emission to the airflow velocity and the soot key-role. Gas contribution to the flame emission is computed and qualitatively fit with experimental data. Because of the need in a reliable numerical model of soot production, a phenomenological model, based on a theoretical analysis, is suggested in order to estimate this production dependency in airflow and fuel velocities, which are this configuration parameters. Eventually, this model reveals two different regimes where soot either inhibits or enhances the combustion
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Ayranci, Kilinç Işil. "A nonintrusive diagnostics technique for flame soot based on near-infrared emission spectrometry." Lyon, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAL0037.
Abstract:
A novel nonintrusive soot diagnostics methodology was developed, validated and applied for in-situ determination of temperature, volume fraction and refractive index of soot aggregates formed inside flames by using near-infrared emission spectrometry. Research was conducted in three main parts, first one addressing development and validation of a comprehensive direct model for simulation of line-of-sight radiative emission from axisymmetric sooty flames by coupling sub-models for radiative transfer, radiative properties and optical constants. Radiative property for soot agglomerates was investigated by experimentally validating DDA method against microwave measurements and using it as a reference to assess applicability of simpler RDG-FA approximation. Part two concerns experimental investigation of an axisymmetric ethylene/air diffusion flame by Fourier Transform Near-Infrared spectroscopy. Measurement of line-of-sight emission intensity spectra was performed along with analyses on calibration, noise, uncertainty and reproducibility. Final part focuses on development, evaluation and application of an inversion methodology that inputs spectral emission intensity measurements from optically thin flames, removes noise, identifies soot refractive index from spectral gradients and retrieves soot temperature and volume fraction fields by tomographic reconstruction. Validation with simulated data and favourable application to measurements indicate that proposed methodology is a promising option for nonintrusive soot diagnostics in flamesUne méthodologie originale de diagnostique des suies a été développée, validée et mise en œuvre pour la détermination in-situ de la température, la fraction volumique et l'indice de réfraction des agrégats de suie formés dans les flammes, en utilisant la spectrométrie d'émission dans le proche infrarouge. Les travaux ont été conduits en trois parties. La première a concerné le développement et la validation d'un modèle direct complet de simulation de l'émission radiative des flammes sur une ligne de visée. Les propriétés radiatives des agrégats de suie ont été étudiées en validant expérimentalement la méthode DDA avec des mesures micro-ondes et en l'utilisant ensuite pour évaluer l'applicabilité de l'approximation RDG-FA. La deuxième partie a impliqué l'analyse expérimentale de l'émission radiative de flammes de diffusion éthylène/air en mettant en œuvre la spectrométrie à Transformée de Fourier dans le Proche Infra-Rouge. La mesure des flux de rayonnement émis sur une ligne de visée a été réalisée en conjonction avec une analyse de l'étalonnage, du bruit, des incertitudes et de la reproductibilité. La dernière partie a consisté en le développement, l'évaluation et l'application d'une méthodologie d'inversion qui a pour données d'entrée les spectres d'émission de flammes optiquement minces, élimine le bruit, identifie l'indice de réfraction des suies à partir des gradients spectraux et fournit la température et la fraction volumique par reconstruction tomographique. La validation avec des données simulées et une application aux spectres mesurés indiquent que la méthodologie proposée est prometteuse pour le diagnostic non intrusif des suies dans les flammes
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Keita, Mamady. "Modeling of soot particles nucleation from combustion processes." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10145/document.
Abstract:
Pour mieux contrôler l’émission des particules de suies et minimiser leurs impacts sur l’environnement et la santé publique, il est crucial de mieux comprendre leurs mécanismes de formation, en particulier dans les processus de combustion des hydrocarbures. La première étape de formation de ces matières carbonées est la formation de leurs précurseurs appelés HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), suivie de l’étape de nucleation des suies. La première partie de ce travail de recherche est focalisée sur le développement d’un nouveau schéma cinétique détaillé, décrivant avec précision non seulement l’auto-inflammation et la combustion basse et haute températures des carburants liquides de transport et ceux du laboratoire, mais aussi la formation des HAP jusqu’au coronène car ces HAP sont suspectés d’être les principaux précurseurs de suies. Dans la deuxième partie de ce travail, un modèle sectionnel de suies est utilisé avec le présent schéma cinétique afin d’investiguer les mécanismes de formation des particules de suies en reproduisant les tendances des données expérimentales (fractions volumiques de suies, diamètres des particules). Ce modèle de suies décrit la nucleation, la condensation, la croissance en surface, la coagulation et l’oxydation des particules de suies. Le couple “schéma cinétique-modèle sectionnel de suies” a été validé sur les flammes prémélangées laminaires de methane, d’éthylène et de n-butane à différentes richesses. Les dimérisations homomoléculaire et hétéromoléculaire des HAP de taille modérée (du pyrène au coronène) ont été considérées pour la modélisation de la nucleation des particules de suiesTo better control soot particles emission and minimize their health and environmental effects, it is crucial to better understand their formation mechanisms in particularly combustion processes. The first step of these particulates matter formation is their precursors PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) formation, followed by the nucleation process which links the gas-phase (PAH chemistry) and solid-phase (particles). In the first part of this work, we developed a new detailed chemical kinetic mechanism describing accurately both low and high-temperature ignition and combustion of a wide range of liquid transportation and laboratory fuels as well as the formation of PAH up to coronene, suspected to be major soot precursors. In the second part of this work, a sectional soot model is used with the developed kinetic mechanism in order to investigate soot particles nucleation mechanisms in reproducing experimental data tendencies (soot volume fractions and particles diameters). This couple of kinetic and soot models is run on the detailed kinetic solver Cantera in order to solve both the gas and disperse solid phases in steady laminar flame conditions. The soot model used with the developed detailed kinetic mechanism is validated over premixed laminar methane, ethylene and n-butane flames at various equivalence ratios. Homomolecular and Heteromolecular dimerizations of modest size of PAHs from pyrene to coronene (mass of monomer ranging from 200 to 300 amu) have been considered for particle nucleation modeling
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Jabine, Larbi. "Modélisation numérique de l'influence des suies sur le transfert radiatif dans une flamme de diffusion laminaire en microgravité." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2305.
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Gueniche, Hadj Ali Battin-Leclerc Frédérique. "Compréhension de la formation des suies étude de la combustion de précurseurs des cycles aromatiques en flamme laminaire prémélangée /." S. l. : INPL, 2007. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2007_GUENICHE_H_A.pdf.
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Darius, Danielle. "Etude cinétique de la formation des particules de suie à partir de constituants d'un kérosène." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2069.
Abstract:
Il est nécessaire de simuler la dégradation du kérosène jusqu'aux suies avec un mécanisme fiable afin de prévoir les effets physiques de la combustion dans les réacteurs. Cette thèse contient la réduction d'un mécanisme d'oxydation d'un mélange représentatif d'un kérosène (70% n-décane + 30% de n-propylbenzène) et une base de données expérimentales sur la formation, la morphologie et la distribution de tailles des suies dans des conditions proches de celles des réacteurs. La réduction a diminué de 71% le nombre d'espèces (analyse des flux atomiques) et de 85% le nombre de réactions (analyse des composantes principales de la matrice des vitesses). Le mécanisme réduit reproduit correctement les résultats du mécanisme initial. Le tube à choc couplé à l'extinction laser a permis : (1) de suivre la formation des suies derrière l'onde de choc réfléchie en pyrolyse et à richesse 5, et (2) de prélever des suies afin de les observer au microscope électronique à transmission. Pour chaque hydrocarbure (n-décane, cyclohexane, n-propylbenzène et 1,2,4-triméthylbenzène) et le mélange binaire étudiés (80% n-décane + 20% n-propylbenzène), des expressions numériques de type Arrhénius pour le délai d'induction et la constante de croissance des suies, et Gaussien asymétrique pour le rendement en suies ont été déterminées en fonction de la température. La vitesse maximale de croissance a également été étudiée. L'évolution de ces paramètres dépend de la teneur et de la nature de l'hydrocarbure et des conditions thermodynamiques. La morphologie et la distribution de tailles de suies de n-décane et de n-propylbenzène ont été décrites, un diamètre moyen compris entre 16 et 20 nm a été déterminé.
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Gilot, Patrick. "Interprétation théorique et modélisation de la combustion de suies sur filtre à particules Diesel." Mulhouse, 1990. http://www.theses.fr/1990MULH0153.
Abstract:
Lors de la régénération thermique d'un filtre à particules Diesel, la réactivité des suies est étroitement couplée avec les transferts thermiques mis en jeu au sein du monolithe. Une bonne connaissance, à la fois de la cinétique d'oxydation des suies et des mécanismes des transferts thermiques impliqués est donc nécessaire dans le but d'une optimisation du processus de régénération. L'étude expérimentale consiste à étudier au laboratoire la régénération d'un filtre à parois poreuses de taille réduite (1/7 de celle d'un monolithe commercial) dans des conditions permettant de simuler l'échappement Diesel d'un véhicule au ralenti. La réactivité des suies est déterminée à partir des émissions de CO et CO2 analysées en continu pendant la régénération. Les températures sont mesurées en différents points du filtre, à l'intérieur des canaux. La modélisation est menée en deux étapes grâce à un découplage des transferts thermiques et de la réactivité des suies. Un premier modèle traite des transferts thermiques au sein du monolithe, la puissance thermique de combustion des noirs étant connue expérimentalement à partir des émissions de CO et CO2. Ce modèle permet de connaître la réponse thermique du filtre et l'ordre de grandeur de la température de sortie des gaz. Une deuxième partie est consacrée à la détermination de la cinétique d'oxydation des noirs de carbone. La combustion de faibles masses (5 à 40 mg) de noirs est suivie en thermogravimétrie. Un modèle tenant compte de la limitation diffusionnelle de l'oxygène au sein de l'empilement permet de déterminer la constante apparente de vitesse à différentes températures. Une équation d'Arrhenius valable dans le domaine 600°C-900°C est proposée. Dans la dernière partie, nous procédons au couplage entre les transferts thermiques et la réactivité des suies. Un modèle monodimensionnel est développé. Il prédit une régénération du filtre
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Emtil, Hassane. "Implantation et validation de sous-modèles de délai et de suie et modélisation du rayonnement dans le code Kiva-II." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1994. http://www.theses.fr/1994ECDL0037.
Abstract:
Le but de cette thèse est l'étude du rayonnement dans le code kiva-ii pour un moteur diesel. Elle comprend une présentation du code kiva-ii, puis de l'étude expérimentale ayant servi de base de données pour la confrontation aux calculs numériques. Puis sont présentés les modèles d'auto-inflammation qui ont été testés et discutés. Apres la validation de la pression par le modèle de combustion turbulente de Magnussen, nous modélisons selon trois méthodes la quantité de suie dans la chambre de combustion que nous comparons aux résultats des mesures expérimentales. L'aboutissement des différentes phases précédentes est la modélisation du rayonnement par la méthode des zones et la quantification de l'énergie à la paroi. Le rayonnement étant l'un des moyens d'analyser in situ la production des suies.
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Dayma, Guillaume. "Étude de l'oxydation et de la combustion de précurseurs de suies." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2003_DAYMA_G.pdf.
Abstract:
Alors que les autorités décident d'augmenter les taxes sur le carburant Diesel et tentent de promouvoir des carburants moins polluants, il nous a semblé utile de travailler sur la formation des suies durant la combustion dans les moteurs, afin d'en limiter l'émission. Le chapitre 1 de ce mémoire reprend des généralités sur la combustion, sur les mécanismes d'oxydation, sur la formation des suies et présente une revue bibliographique des travaux antérieurs sur le cyclohexène et le propadiène. Le chapitre Il présente les montages expérimentaux utilisés pour ce travail, en détaillant le montage de flamme laminaire de prémélange installée durant cette thèse. Le chapitre III présente les mécanismes réactionnels écrits afin de reproduire nos résultats expérimentaux. Les chapitres IV et V présentent les résultats expérimentaux obtenus en flamme pour le propadiène et en tube à onde de choc et en réacteur parfaitement agité pour le cyclohexène ainsi que leurs comparaisons avec les simulations.When government decide to increase taxes on Diesel fuel and try to push for less polluting fuels, it appears useful to work on soot formation du ring the combustion in angines in arder to limit their emission. The chapter 1 of this report gives generalities about combustion, oxidation mechanisms, soot formation and presents a bibliographie review of former works on cyclohexene and aliene. Chapter Il presents experimental apparatus used in this work detailing the premixed laminar flame set up during this study. Chapter Ill presents the mechanisms written to reproduce our experimental results obtained in flame for aliene and in shock tube and perfectly jet-stirred reactor for cyclohexene and also the comparison with simulations
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Noirot, Rémi. "Etude expérimentale et paramétrique de la combustion de suies sur filtre à particules : application à l'épuration des échappements des moteurs Diesel." Mulhouse, 1990. http://www.theses.fr/1990MULH0147.
Abstract:
La conception et la réalisation d'un montage expérimental simulant les conditions d'un échappement diesel au ralenti a permis d'étudier les facteurs influençant la combustion de suies diesel sur filtres à particules. Dans un premier temps, l'emploi de noirs de carbone de même granulométrie que les suies diesel a permis de montrer que la fraction organique volatile de la suie a peu d'influence sur les températures d'inflammation des suies. La mesure simultanée de la température des gaz avant, après et dans le filtre, ainsi que l'enregistrement des émissions gazeuses de CO, CO2, O2 et d'H. C. Totaux à la sortie du réacteur a permis d'établir que la charge de suies retenue par le filtre, la concentration en oxygène des gaz d'échappement et la présence d'un catalyseur d'oxydation contribuent aux émissions de fortes températures qui détruisent souvent les parties filtrantes par fusion au moment de la régénération. Plus particulièrement, les résultats expérimentaux ont montré le rôle principal du catalyseur, oxydant les émissions de CO en CO2 sans influence sur les températures d'inflammation des suies. Dans le but d'abaisser cette température, un système d'injection contrôlée de combustibles a été développé, pour permettre d'injecter des quantités connues d'hydrocarbures liquides ou gazeux dans le flux gazeux chaud d'échappement en amont d'un filtre à particules catalysé. En présence de platine, ce système permet la régénération à l'aide d'une température de gaz minimale de 150°C, l'oxydation catalytique de l'H. C. Injecté restituant aux gaz suffisamment d'énergie thermique pour permettre d'atteindre la température de combustion des suies de l'ordre de 600°C. La désactivation catalytique observée lors d'une injection de gazole commercial a été résolue par l'emploi de gazole désulfuré ou d'H. C. Purs.
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Boiarciuc, Andrei. "Développement de la technique "Incandescence Induite par Laser" pour caractériser les particules de suies dans un moteur Diesel." Orléans, 2006. http://www.theses.fr/2006ORLE2025.
Abstract:
Une contribution au développement de la technique « Laser-Induced Incandescence » (LII) a été apportée dans le but de quantifier d’une manière non intrusive les suies dans la chambre de combustion d’un moteur Diesel dit « transparent » et d’améliorer ainsi la compréhension de la formation des particules lors du processus de combustion spécifique à ces moteurs. Cette technique, dont le principe est basé sur l’analyse du rayonnement émis par des particules chauffées par un laser permet d’estimer avec une bonne résolution temporelle et spatiale des concentrations de suies et des tailles des particules dans des milieux réactifs. Une approche originale de cette technique, consistant en l’acquisition simultanée d’une image LII et de l’évolution temporelle du signal LII filtré à deux longueurs d’onde, a été mise en place et utilisée pour caractériser quantitativement les particules dans des flammes de diffusion laminaires et dans la chambre de combustion du moteur Diesel « transparent ». Une attention particulière a été accordée à la modélisation des échanges de chaleur au niveau des particules de suies le long du processus LII afin de pouvoir, par la suite, estimer leurs tailles. Deux approches de modélisation du signal LII sont présentées et analysées : la première pour des particules situées à la pression atmosphérique et la seconde caractéristique des milieux à pression relativement importante, comme dans la chambre de combustion d’un moteur Diesel. L’évolution de la concentration des suies et des tailles des particules dans la chambre de combustion du moteur Diesel selon les conditions de recirculation des gaz d'échappement a été étudiée à l'aide de la technique LII.
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Delorme, Thierry. "Pyrométrie polychromatique appliquée à l'analyse de la combustion et de la production des suies et des NOx dans une chambre de combustion diesel." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1557_tdelorme.pdf.
Abstract:
Afin d'étudier la formation des polluants et le déroulement de la combustion dans les moteurs Diesel, nous avons développé une méthode de mesure pyrométrique qui permet d'obtenir, à tout instant, la température et la quantité de suies observées mais aussi un coefficient représentatif de la densité de flamme. Cette méthode repose sur l'utilisation de trois mesures monochromatiques placées dans le proche infrarouge entre 1 et 2 um. Les émissivités monochromatiques des suies sont déterminées par la formulation de Rayleigh. Un pyromètre a été élaboré et placé sur un moteur Diesel industriel à injection directe. II se compose, pour l'essentiel, d'un démultiplexeur qui utilise des fibres optiques et des détecteurs au germanium refroidis. L'accès à la chambre de combustion est realisé par un hublot en quartz dont l'encrassement reste faible et relativement stable au cours du temps pour permettre des mesures pendant plusieurs centaines d'heures de fonctionnement. L'emplacement de cet accès joue un role important dans les mesures. Les courbes de température et de densité sont mesurées pour un moteur industriel de 350 kW pour l'ensemble des points de fonctionnement pleine charge ou charge partielle. Leur analyse montre clairement trois phases dans le déroulement de la combustion. Nous observons tout d'abord le développement de la flamme de diffusion qui est brutal et fortement chargé en suies. Puis la combustion est pleinement établie et enfin, la flamme disparaît de façon régulière pendant la recombustion progressive des suies accompagnée de concentrations locales élevées. Un modèle de formation des oxydes d'azote (NO thermiques) est proposé sur la base de la température mesurée et conduit à des corrections satisfaisantes avec les analyses réalisées à l'echappement.
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Valencia, Correa Andres. "Etude expérimentale des concentrations de suie et des vitesses dans une flamme de paroi verticale." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR059/document.
Abstract:
La propagation d’un incendie dans un espace clos s’explique par l’inflammation de matières combustibles. Un cas important est celui de la propagation d’une flamme sur une paroi verticale. En effet si la flamme progresse dans le même sens que l’écoulement (cas co-courant), la croissance est rapide. Dans ce cas, l’émission des vapeurs combustibles (pyrolyse) et le dégagement de la chaleur apportée par la combustion sont couplés par les flux convectés et rayonnés à la paroi. Ces flammes de paroi verticale sont pilotées par les forces de flottabilité, et se caractérisent par un régime de basse vitesse et avec une forte production de suie. Bien que de nombreux travaux aient été consacrés à l’étude des flammes de paroi verticale [1-3], peu d’entre eux ont été dédiés à l’étude de l’écoulement dans la couche limite proche de la paroi et à l’étude des zones de production de suie, lesquels sont des données nécessaires pour la validation des codes de calcul. Pour cela, des mesures simultanées de vitesse par PIV et de concentration de suie par LII ont été réalisées sur un brûleur gaz en configuration paroi-verticale. Dans un premier temps, ces mesures ont permis l’analyse de la forme, de la taille et de la concentration des zones de formation de suies (poches de suie) à différentes hauteurs dans la flamme. Ensuite, les champs 2D de vitesses moyennes (horizontales et verticales) ont été étudiés, ainsi que leurs fluctuations (densités de probabilité et écart-type). Une description de la couche limite réactive, à l’aide d’une échelle caractéristique obtenue avec des mesures de vitesse plus résolues spatialement (PIV « zoomé »), a également été réalisée. Finalement, les mesures de LII et PIV couplées ont permis d’étudier l’influence du champ de vitesse sur la distribution des suies dans la flamme, ainsi que le transport et le flux turbulent de la fraction volumique de suie dans la couche limite réactiveThe fire growth and spread on a confined space depends on the inflammation and combustion of combustible materials. An important case is the fire propagation on a vertical wall configuration, in which the pyrolysis gas and the total heat flux released by the flame are coupled by convective and radiative heat flux from the flame to the wall. This kind of flame is piloted by the buoyancy forces, and is characterized by a low velocity regime and a strong generation of soot particles. Although numerous works have been devoted on the study of vertical wall flames, few have been carried out on the analysis of the flame within the reactive boundary layer and the study of the zones of production of soot particles, which is data necessary for fire simulation codes validation. In this aim, simultaneous measurements of velocity by Particle Image Velocity (PIV) and of soot volume fraction by planar laser induced incandescence (LII) have been carried out on vertical wall fire generated by a vertical porous burner fed with a CH4/C2H4 mixture. First, the characteristics of soot sheet (shape, size, thickness, and peak concentration) have been studied at different heights into the flame, as well as the average and RMS soot volume fraction fields. Then, average and RMS fields of velocity and their probability density function have been analyzed. A description of the reactive boundary layer, through the definition of a characteristic velocity scale in the near-wall zone (viscous sub-layer), has been carried out by using a « PIV Zoom » set-up. Finally, simultaneous LII/PIV measurements have been carried out in order to study the influence of the aerodynamics of the flow on the soot volume fraction distribution, as well as the transport and turbulent flux of soot into the reactive boundary layer
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Pruvost-Bonnaillie, Claire. "Etude de la combustion catalytique de particules carbonées sur des systèmes oxydes : CeO2, ZrO2, TiO2 et Al2O3, promus ou non par des ajouts d'ions Cu2+ et/ou K+." Littoral, 2001. http://www.theses.fr/2001DUNK0077.
Abstract:
Les objectifs de ce travail sont de tester la réactivité et la sélectivité en CO2 de catalyseurs oxydes promus par des ajouts d'ions Cu2+ et/ou K+ mais aussi d'étudier le mécanisme d'oxydation des particules carbonées. Un dispositif alliant les analyses thermiques (gravimétriques et différentielles) et la chromatographie a permis de mesurer la réactivité et la sélectivité en CO2 des catalyseurs. Pour les oxydes purs, la réactivité et la sélectivité en CO2 respecte l'ordre CeO2>ZrO2>TiO2>Al2O3. Des conditions de contact important accroissent les interactions entre le carbone et l'oxyde, favorisant l'oxydation du carbone. Néanmoins, la présence d'oxygène gazeux au niveau de la surface d'échange entre le carbone et le catalyseur est essentiel pour amorcer la réaction de combustion. Lors de l'étude des oxydes promus par des ajouts d'ions Cu2+, il a été montré que les ions cuivriques assurent un effet promoteur de contact entre le carbone et le catalyseur et permettent également d'améliorer la sélectivité en CO2. Une augmentation importante de la réactivité du solide à base de TiO2 suite à l'ajout d'ions Cu2+ a pu être corrélée à la présence de CuO au sein du catalyseur Cu/TiO2. L'action catalytique des espèces cuivriques répond aux caractéristiques d'un mécanisme rédox. Outre l'effet promoteur de contact et de sélectivité, la présence d'ions K+ sur les oxydes CeO2, Al2O3, TiO2 et ZrO2 permet essentiellement d'augmenter la vitesse d'oxydation du carbone. Enfin, un ajout conjoint des ions Cu2+ et K+ a été réalisé sur les oxydes TiO2 et ZrO2. Une amélioration notable de réactivité est obtenue sur K-Cu/ZrO2 en condition de faible contact et sur K-Cu/TiO2 en condition de fort contact. Cette observation a été reliée à la présence de CuO à la surface de K-Cu/TiO2, permettant un mécanisme rédox alors que sur K-Cu/ZrO2, les Cu2+ sont bien dispersés et ne participent pas à la réactivité. Les propriétés du potassium concernant sa capacité à augmenter la vitesse de combustion du noir de carbone sont conservées pour les deux oxydes ternaires.
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Lemaire, Romain. "Étude de l'impact de la combustion de différents types de carburants sur les caractéristiques physico-chimiques des particules de suie par couplage de l'incandescence et de la fluorescence induite par laser." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10138.
Abstract:
Les particules de suie générées au sein des procédés de combustion ont un impact très important sur l'environnement et la santé. Les réglementations actuelles imposent de ce fait des réductions de plus en plus strictes des émissions particulaires. Afin de limiter les quantités de suies rejetées dans l'atmosphère, il est donc essentiel que des études fondamentales soient entreprises afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la formation de ces particules. L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'impact de la combustion de différents types de carburants sur les caractéristiques physico-chimiques des suies. Un brûleur hybride a donc été conçu spécialement dans le but de générer des flammes d'hydrocarbures liquides ayant des caractéristiques hydrodynamiques identiques quelles que soient les propriétés physiques des carburants étudiés. Des cartographies quantitatives des suies et des précurseurs de suies ont été réalisées dans des flammes de kérosène, de gazole, d'essence, de biocarburants et de divers carburants modèles du kérosène et du gazole en ayant recours pour cela au couplage de l'Incandescence et de la Fluorescence Induite par Laser (LII/LIF). Par comparaison des signaux LII obtenus à différentes longueurs d'onde d'excitation, il nous a été possible de déterminer l'évolution des propriétés optiques des suies en fonction de la longueur d'onde. L'analyse des courbes d'énergie et des décroissances temporelles des signaux LII nous a de plus permis d'obtenir des informations relatives à l'évolution des propriétés physiques des suies (masse volumique, chaleur spécifique, indice de réfraction, diamètre) tout au long du processus de combustion. Enfin, grâce à un système de prélèvement par microsonde, des échantillons de suies ont pu être analysés par désorption laser, photoionisation des espèces désorbées et spectrométrie de masse à temps de vol dans le but de déterminer la nature des espèces chimiques adsorbées à la surface des suiesSoot particles generated in combustion processes are strongly linked to various environmental and health problems. As a consequence, regulations regarding particulate emissions are becoming more and more stringent. To reduce the quantities of soot emitted into the atmosphere, fundamental studies have to be undertaken in order to better understand the mechanisms involved in the formation of soot particles. The objective of this work is to study the impact of the combustion of different types of fuels on the physical-chemical properties of soot. To this end, a hybrid bumer has been specially designed in order to generate a series of liquid fuel diffusion flames whose hydrodynamic behaviour is similar and independent of the physical properties of the tested fuels. Quantitative mappings of soot and soot precursors have been carried out in flames of kerosene, Diesel, gasoline, biofuels and various kerosene and Diesel surrogates by coupling Laser Induced Incandescence and Laser Induced Fluorescence (Lll/LIF). By comparing the LII signaIs obtained for different excitation wavelengths, it has been possible to determine the evolution of the optical properties of soot as a function of the wavelength. The evolution of the physical properties of soot particles (density, specific heat, refractive index, diameter) during the combustion process have been derived from the analysis of the LII fluence curves and time decays obtained at different heights in the flames. Finally, a microprobe sampling system has been developed in order to obtain soot samples which have then been analysed using laser desorption/laser ionization/time-of- tlight mass spectrometry to determine the nature of the chemicals adsorbed on the soot surface
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Contreras, Rodriguez Jorge Omar. "Numerical study of soot formation / oxidation mechanisms and radiative heat transfer in closed-and open - tip laminar diffusion flames." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4757/document.
Abstract:
Microgravité éthylène laminaires couche limite flammes de diffusion générés par un brûleur poreux plat et caractérisées par les vitesses d'injection de carburant de 3 et 4 mm / s et une vitesse d'oxydation de 250 mm / s ont été simulées en utilisant un modèle de rayonnement précis, un mécanisme cinétique complète et un modèle de suie constitué de lancement par suite de la collision de deux molécules de pyrène, l'évolution de la surface hétérogène et oxydation suivant l'abstraction d'un atome d'hydrogène addition d'acétylène (HACA) mécanisme, la coagulation à particules de suie, et la condensation de la surface de l'HTAP. La distance d'écartement et la production de suie sont améliorées lorsque la vitesse du carburant augmente. H et des radicaux OH, responsables de la de-hydrogénation des sites dans le processus HACA, et le pyrène, de l'espèce pour la création de la suie et des processus de condensation HAP, se trouvent à être situé dans une région qui suit la distance stand-off. La suie est ensuite produite dans cette région et est transporté à l'intérieur de la couche limite par convection et thermophorèse. Perte radiatif est sensiblement plus élevé dans ces flammes que dans flammes de diffusion de gravité normales dues à beaucoup plus longues durées de séjour. Calculs effectués par négliger le rayonnement de la suie et en utilisant l'approximation optiquement mince (OTA) a révélé que la suie domine le transfert de chaleur par rayonnement dans ces flammes et que l'utilisation de l'OTA donne lieu à des écarts significatifs dans la fraction du volume température et la suieMicrogravity ethylene laminar boundary layer diffusion flames generated by a flat porous burner and characterized by the fuel injection velocities of 3 and 4 mm/s and an oxidizer velocity of 250 mm/s have been simulated by using an accurate radiation model, a comprehensive kinetic mechanism, and a soot model consisting of inception as a result of the collision of two pyrene molecules, heterogeneous surface growth and oxidation following the hydrogen abstraction acetylene addition (HACA) mechanism, soot particle coagulation, and PAH surface condensation. Model predictions are in reasonable agreement with the experimental data in terms of the stand-off distance and soot volume fraction. The stand-off distance and soot production are enhanced as the fuel velocity increases. H and OH radicals, responsible of the de-hydrogenation of sites in the HACA process, and pyrene, of the species for soot inception and PAH condensation processes, are found to be located in a region that follows the stand-off distance. Soot is then produced in this region and is transported inside the boundary layer by convection and thermophoresis. Radiative loss is substantially higher in these flames than in normal gravity diffusion flames owing to much longer residence times. Calculations carried out by neglecting soot radiation and by using the optically-thin approximation (OTA) revealed that soot dominates the radiative heat transfer in these flames and that the use of OTA gives rise to significant discrepancies in temperature and soot volume fraction
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Dellinger, Nicolas. "Modélisation de la formation et de l’évolution des particules de suie en approche hybride Euler-Lagrange pour la simulation de foyers aéronautiques." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS074.
Abstract:
Les suies représentent un enjeu important pour la conception des foyers aéronautiques. Une nouvelle réglementation de leurs émissions doit en effet entrer en vigueur en 2020. Aussi, les suies modifient les transferts radiatifs en leur sein affectant la charge thermique aux parois et la formation des NOx. Prédire précisément et efficacement la formation et l’évolution des particules de suie est cependant une question toujours ouverte en CFD. Ce travail propose de combiner une description eulérienne des précurseurs de suie et une description lagrangienne de l’évolution des particules, celle-ci étant bien adaptée au suivi de l’évolution de leur distribution en taille. La croissance des hydrocarbures aromatiques polycycliques est modélisée par une méthode sectionnelle pour calculer le taux de nucléation de suies et créer les particules suivies dans l’écoulement. Celles-ci sont modélisées par des sphères interagissant avec le gaz et – pour les plus jeunes – entre elles par coalescence selon leur diamètre. La méthode est implantée dans le code CEDRE et associée à une procédure de réduction du nombre de particules pour en contrôler le coût de convergence statistique. Appliquée à des flammes laminaires stationnaires de prémélange C2H4-air, elle est confrontée à des mesures de composition, fraction volumique de suie et diamètre des particules avec succès. La méthode est utilisée, avec l’Approximation de l’État Quasi-Stationnaire appliquée à la chimie du gaz, pour simuler une flamme turbulente pressurisée C2H4-air analogue aux configurations RQL des foyers aéronautiques, et confrontée à des mesures de fraction volumique de suie, vitesse, température et composition avec succèsSoot has become an important issue in the design of aeroengine combustors. New certifications on soot particles are to be applied in 2020 due to growing concern about pollutant emissions in the transportation industry. Soot particles also modify radiative heat transfers in combustion chambers affecting thermal load at walls and NOx formation. Still, efficient and accurate prediction of soot particles formation and evolution is an open field in CFD. This manuscript proposes to combine a Eulerian description of soot precursors and a Lagrangian description of particles evolution, which has the advantage to be well suited to follow the evolution of the particle size distribution. The growth of polycyclic aromatic hydrocarbons is modelled by a sectional method to obtain the soot inception rate and create the particles tracked in the gas flow. The particles are described as spheres interacting with the gas through chemical processes and between each other by coalescence, bounded to young liquid-like particles depending on their diameter. The method is implemented in the CEDRE code and completed by an algorithm for the reduction of the particles population to limit the cost of its statistical convergence. Applied to steady laminar premixed C2H4-air flames, it is confronted with some success to measurements of soot volume fraction, particle diameter and species molar fractions. The method is then applied combined with the Quasi-Steady State Approximation for gas chemistry to a swirled pressurized C2H4-air flame, similar to RQL configurations of aeroengine combustors, and confronted with some success to velocity, temperature, composition and soot volume fraction measurements
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Huguet, Christelle. "Etude cinétique de la combustion des suies diésel : application à la modélisation de la régénération du filtre à particule." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2067.
Abstract:
En raison de leur toxicité, les particules de suies sont considérées comme un des principaux polluants du moteur Diesel. A l'heure actuelle, la solution adoptée pour réduire les émissions de suies consiste à utiliser un filtre permettant de les piéger à plus de 90% avant de les brûler. Le recours à un additif permet d'abaisser la température d'oxydation des suies à des valeurs accessibles grâce à des réglages moteur adaptés. L'additivation de la suie est un paramètre fondamental dans le développement des stratégies de régénération et il est important que son influence soit correctement représentée par des modèles. Cette thèse, effectuée en partenariat ADEME-IFP a été réalisée en collaboration avec le LCSR de l'Université d'Orléans. L'objectif est de développer un mécanisme cinétique caractéristique de l'oxydation des suies Diesel qui puisse être ensuite intégré à un modèle de régénération de filtre à particules et utilisé à des fins de contrôle moteur. La méthodologie suivie s'appuie sur le couplage d'une étude de caractérisation des suies et d'une étude cinétique de la réaction. Les échantillons de suies Diesel ont été collectés, sans et avec additif à base de cérium et de fer, sur deux points moteurs représentatifs de deux cycles européens normalisés (ECE et EUDC). Des analyses thermiques et de composition, ainsi que des techniques telles que l'XPS, la DRX ou le MET ont été utilisées pour déterminer leurs propriétés physico-chimiques. Leur cinétique d'oxydation a été étudiée expérimentalement sur un Banc Gaz Synthétiques (BGS) avec un réacteur à lit fixe. Diverses procédures ont été réalisées : oxydation à température programmée (TPO), oxydation isotherme (IO) et oxydation séquentielle. Les résultats ont permis de corréler les propriétés physico-chimiques des suies Diesel avec leur vitesse d'oxydation. Le schéma cinétique développé repose sur une loi globale de consommation du carbone et distingue l'oxydation des différents constituants de la suie. Cette approche permet d'obtenir des résultats de simulation en très bon accord avec les tests expérimentaux d'oxydation des suies Diesel sur BGS.
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Dufitumukiza, Jean Pierre. "Développement des techniques optiques pour la caractérisation in-situ de la suie dans des foyers de combustion à haute pression." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSMRE/2023/2023ULILR010.pdf.
Abstract:
L'augmentation du trafic aérien pousse la recherche sur la combustion à obtenir une compréhension détaillée des processus physiques et chimiques qui se produisent dans le moteur de l'avion ; les principaux objectifs sont 1) d'améliorer le processus de combustion et 2) de réduire les émissions gazeuses et particulaires. Une solution au premier problème réside dans la combustion à une pression et une température plus élevées, mais cela peut avoir un impact sur le second problème, notamment en ce qui concerne la production de suie et les émissions de NOx. Pour trouver une solution, il est nécessaire de développer des outils expérimentaux appliqués dans des conditions de combustion représentatives de celles rencontrées dans les moteurs d'avion afin de capturer les phénomènes complexes se produisant à l'intérieur de ces moteurs. Pour ce faire, un banc d'essai aéronautique semi-industriel équipé de diagnostics optiques adaptés mis en œuvre/disponible à l'ONERA Palaiseau permet d'entrevoir des informations sur ces processus de combustion. En conséquence, cette recherche vise à développer et à mettre en œuvre des techniques optiques pour caractériser les particules de suie dans les chambres de combustion des moteurs aéronautiques. L'incandescence induite par laser (LII) est la principale technique sur laquelle portent les efforts. Cette technique est basée sur le modèle de rayonnement de la loi de Planck. La technique LII est utilisée en raison de sa grande sensibilité pour la détection de la fraction volumique de la suie et de sa flexibilité pour sa mise en œuvre dans diverses configurations optiques. En outre, le couplage de la technique LII avec d'autres techniques optiques présente un grand intérêt pour la compréhension des mécanismes et des paramètres conduisant à la formation de la suie. Premièrement, la fluorescence induite par laser (LIF) est ajoutée comme technique complémentaire pour détecter les précurseurs de suie connus sous le nom d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Deuxièmement, la diffusion de la lumière fournit des informations sur la distribution des gouttelettes de combustible liquide imbrûlées et des particules de suie à l'intérieur de la chambre de combustion. Troisièmement, la chimiluminescence OH* montre la zone de réaction et le dégagement de chaleur. Enfin, le transport des HAPs et de la suie ou les interactions avec le champ d'écoulement sont abordés via la vélocimétrie par image de particules (PIV)The growth of air traffic urges combustion research to get a detailed understanding of the physical and chemical processes occurring in the aircraft engine; the main objectives are 1) to improve the combustion process and 2) to lower gaseous and particulate emissions. A solution to the first issue lies in the combustion at higher pressure and temperature, but this can impact the second issue, particularly concerning the production of soot and NOx emissions. To find a solution, it is necessary to develop experimental tools applied in representative combustion conditions relative to those encountered in aircraft engines in order to capture complex phenomena occurring inside these engines. To do this, a semi-industrial aeronautical test rig equipped with suitable optical diagnostics implemented/available at ONERA Palaiseau offers a glimpse of information into these combustion processes. As a result, this research aims to develop and implement optical techniques for characterizing soot particles in aeronautical engine-relevant combustors. Laser-Induced Incandescence (LII) is the primary technique on which efforts are directed. This technique is based on Planck's law radiation model. LII technique is used due to its high sensitivity for detecting the soot volume fraction and flexibility for its implementation in various optical configurations. In addition, the coupling of LII with other optical techniques presents a high interest in understanding the mechanisms and parameters leading to soot formation. First, Laser-Induced Fluorescence (LIF) is added as a complementary technique to detect soot precursors known as Polycyclic-Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Secondly, light scattering provides information on the distribution of unburnt liquid fuel droplets and possible soot particle localization inside the combustor. Thirdly, OH* chemiluminescence illustrates the reaction zone and heat release. Finally, the PAHs and soot transportation or interactions with the flow field are tackled via particle image velocimetry (PIV)
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Lemaire, Romain. "Étude de l'impact de la combustion de différents types de carburants sur les caractéristiques physico-chimiques des particules de suie par couplage de l'incandescence et de la fluorescence induite par laser." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10138.
Abstract:
Les particules de suie générées au sein des procédés de combustion ont un impact très important sur l'environnement et la santé. Les réglementations actuelles imposent de ce fait des réductions de plus en plus strictes des émissions particulaires. Afin de limiter les quantités de suies rejetées dans l'atmosphère, il est donc essentiel que des études fondamentales soient entreprises afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la formation de ces particules. L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'impact de la combustion de différents types de carburants sur les caractéristiques physico-chimiques des suies. Un brûleur hybride a donc été conçu spécialement dans le but de générer des flammes d'hydrocarbures liquides ayant des caractéristiques hydrodynamiques identiques quelles que soient les propriétés physiques des carburants étudiés. Des cartographies quantitatives des suies et des précurseurs de suies ont été réalisées dans des flammes de kérosène, de gazole, d'essence, de biocarburants et de divers carburants modèles du kérosène et du gazole en ayant recours pour cela au couplage de l'Incandescence et de la Fluorescence Induite par Laser (LII/LIF). Par comparaison des signaux LII obtenus à différentes longueurs d'onde d'excitation, il nous a été possible de déterminer l'évolution des propriétés optiques des suies en fonction de la longueur d'onde. L'analyse des courbes d'énergie et des décroissances temporelles des signaux LII nous a de plus permis d'obtenir des informations relatives à l'évolution des propriétés physiques des suies (masse volumique, chaleur spécifique, indice de réfraction, diamètre) tout au long du processus de combustion. Enfin, grâce à un système de prélèvement par microsonde, des échantillons de suies ont pu être analysés par désorption laser, photoionisation des espèces désorbées et spectrométrie de masse à temps de vol dans le but de déterminer la nature des espèces chimiques adsorbées à la surface des suiesSoot particles generated in combustion processes are strongly linked to various environmental and health problems. As a consequence, regulations regarding particulate emissions are becoming more and more stringent. To reduce the quantities of soot emitted into the atmosphere, fundamental studies have to be undertaken in order to better understand the mechanisms involved in the formation of soot particles. The objective of this work is to study the impact of the combustion of different types of fuels on the physical-chemical properties of soot. To this end, a hybrid bumer has been specially designed in order to generate a series of liquid fuel diffusion flames whose hydrodynamic behaviour is similar and independent of the physical properties of the tested fuels. Quantitative mappings of soot and soot precursors have been carried out in flames of kerosene, Diesel, gasoline, biofuels and various kerosene and Diesel surrogates by coupling Laser Induced Incandescence and Laser Induced Fluorescence (Lll/LIF). By comparing the LII signaIs obtained for different excitation wavelengths, it has been possible to determine the evolution of the optical properties of soot as a function of the wavelength. The evolution of the physical properties of soot particles (density, specific heat, refractive index, diameter) during the combustion process have been derived from the analysis of the LII fluence curves and time decays obtained at different heights in the flames. Finally, a microprobe sampling system has been developed in order to obtain soot samples which have then been analysed using laser desorption/laser ionization/time-of- tlight mass spectrometry to determine the nature of the chemicals adsorbed on the soot surface
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Hébert, Damien. "Etude de la combustion des matériaux solides, application à la sécurité incendie." Phd thesis, INSA de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795236.
Abstract:
Dans une thématique de sécurité incendie, la prédiction de la propagation d'une flamme le long d'une paroi verticale solide nécessite la quantification du rayonnement. L'objectif de la thèse est de quantifier et caractériser les suies d'une flamme de PMMA. La flamme stationnaire d'un brûleur gaz sera également étudiée. La méthode optique de LII, une fois calibrée (extinction), permet d'obtenir des champs 2D de la fraction volumique ainsi que le taux de combustion en fonction de la hauteur pour la flamme de PMMA. Ensuite, la morphologie des agrégats de suie est déterminée grâce à des clichés MET et des mesures de la distribution en taille. Les propriétés optiques sont obtenues avec des mesures in-situ et ex-situ (effet de la température) de l'extinction spectrale, couplées avec une mesure de la concentration massique pour remonter à la fonction d'indice. Cette base de données permettra la perspective de calculer le rayonnement des suies et de l'utiliser dans un modèle de propagation.
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Tishkova, Victoria. "Nanoparticules de combustion émises par différents moyens de transport : caractérisation physico-chimique et hygroscopicité." Aix-Marseille 2, 2009. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2009AIX22060.pdf.
Abstract:
L'émission dans l'atmosphère de nanoparticules issues des transports préoccupe la communauté scientifique à cause de leurs impacts probables sur le changement climatique. La compréhension de l'effet de ces émissions sur l'environnement reste faible principalement à cause du manque de données expérimentales sur la caractérisation de ces nanoparticules. Ce travail est axé sur les propriétés physico-chimiques des nanoparticules de combustion et sur leur interaction avec l'eau. L'hydroscopicité est l'un des paramètres déterminants liés à la formation des noyaux de condensation des nuages (NCN). Les données expérimentales montrent des différences dans la microstructure, la composition chimique et la morphologie des suies de laboratoire et des résidus émis par les transports. Les quantités d'eau absorbées sur la suie de chambre de combustion de moteur d'avion et sur les résidus issus de la combustion de fioul lourd et de diesel sont bien plus importantes que sur les suies de laboratoire. Nous pouvons ainsi supposer que ces particules agissent comme des noyaux actifs dans la formation des NCNTransport emission of nanoparticles into atmosphere is of major interest because of its possible effect on climate changes. The understanding of the potential environmental effect of the aviation and ship emission is still poor maintly because of the lack in the experimental characterization of these nanoparticules. The present work focuses on physico-chemical properties of combustion nanoparticles and their interaction with water. Hygroscopicity is on of the key parameters that are related to could condensation nuclei (CCN) activity and the environnemental effect. Experimental data show differences in the microstructure, elemental composition residuals coming from marine transport emitted residuals. Water uptake on combustion residuals coming from marine transport and aviation is higher than for laboratory-produced samples. We can therfore guess that these particules act as active CCN in the atmosphere
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Van-Hulle, Pascal. "Caractérisation des aérosols émis par la combustion des hydrocarbures : application à la mesure de l'indice de réfraction des suies." Rouen, 2002. http://www.theses.fr/2002ROUES009.
Abstract:
Ce travail porte sur la caractérisation des particules de suie émises dans des flammes de diffusion turbulentes ainsi qu'à la sortie d'échappement d'un moteur Diesel. Expérimentalement, des mesures d'extinction, de diffusion de la lumière par des particules, de granulométrie et des analyses de clichés par microscopie électronique ont été réalisées. Ces investigations ont permis d'obtenir la fraction volumique des suies, leur distribution en taille, leur morphologie Numériquement, une comparaison a été réalisée entre trois méthodes (RDG-FA, DDSCAT, RS) permettant le calcul des propriétés optiques des agrégats fractals en tenant compte de leur morphologie complexe. Cette étude montre que la RDG-FA donne des résultats satisfaisants pour les suies étudiées dans ce travail (paramètre de taille des particules primaires<0. 2). Une inversion a été réalisée pour déterminer l'indice de réfraction des suies en comparant des coefficients d'extinction et de diffusion calculés et mesurés expérimentalement. Trois configurations expérimentales ont été étudiées: flammes méthane/air, méthane/oxygène et moteur Diesel. En utilisant l'air comme carburant, l'indice des suies est égal à m=2. 1-0. 48 i et avec de l'oxygène, m=1. 95 - 0. 51 i (l=632. 8 nm). Pour le moteur, l'indice vaut m=1. 52 - 0. 49 i (l=632. 8 nm) et m=1. 47 - 0. 63 i (l=442 nm). Une étude de sensibilité de l'inversion a été réalisée afin d'apprécier les paramètres les plus importants dans la détermination de l'indice : il ressort que les paramètres morphologiques des agrégats, et plus particulièrement de la dimension fractale et du préfacteur sont les paramètres les plus sensibles. Les résultats obtenus montrent que la technique développée permet une détermination de l'indice de réfraction avec une prise en compte de la morphologie complexe des agrégats fractals. Les différentes configurations expérimentales étudiées mettent en avant la modularité de la technique proposée qui peut être transposée à d'autres configurations.
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Boucher, Aymeric. "Modélisation de la formation des polluants au sein des foyers aéronautiques par une méthode de chimie tabulée." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2015. http://www.theses.fr/2015ECAP0006/document.
Abstract:
La réduction des émissions polluantes des foyers aéronautiques est un enjeu majeur pour les motoristes. Afin de les accompagner dans cette tâche, il est nécessaire de développer des outils de simulation numérique permettant de prédire avec précision les émissions d'espèces chimiques en sortie du foyer. Pour cela, une description détaillée des réactions chimiques est nécessaire. Celle-ci est néanmoins incompatible avec la simulation des foyers industriels, compte tenu des puissances de calcul actuelles. C'est pourquoi il est nécessaire de recourir à des méthodes de réduction de la chimie qui préservent la capacité de prédire la concentration des polluants. La démarche consistant à tabuler la chimie nous a semblé appropriée pour aborder ces problèmes et son développement a fait l'objet de cette thèse. Un premier travail a été effectué afin de sélectionner dans la littérature les modèles permettant de traiter des écoulements réactifs turbulents diphasiques avec une approche de chimie tabulée. Par rapport à l’existant, des améliorations ont été apportées à la génération des tables chimiques, afin de prendre en compte l'effet du temps de résidence des gaz brûlés dans le foyer sur la formation des oxydes d'azote. Le couplage de la méthode avec un modèle de formation des suies a également été réalisé. La chimie tabulée permet d’avoir accès à la concentration des précurseurs de suie et des espèces oxydantes, quantités sur lesquelles s’appuie le modèle de formation des suies. Le modèle de chimie tabulée développé dans le cadre de cette thèse a été appliqué à la simulation d'une configuration représentative des foyers aéronautiques. Les concentrations d'oxydes d'azote, de particules de suie, mais aussi de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés prédites par les calculs ont été comparées aux résultats expérimentaux. Un bon accord avec l'expérience est observé concernant la topologie du champ de suie et l'allure des profils de concentration de polluants en sortie. Néanmoins, les niveaux de concentration obtenus par les simulations diffèrent des résultats expérimentaux. Cela est imputable notamment à une erreur de prédiction du champ de température qui n'est pas due à l'approche de chimie-tabulée puisque une erreur similaire a été observée avec un autre modèle de combustionThe reduction of pollutant emissions of aeronautical combustion chambers is a major issue for engine manufacturers. In order to support them in this task, it is necessary to develop numerical simulation tools able to predict accurately chemical species emissions at the chamber outlet. To achieve this, a detailed description of the chemical reactions is necessary. Nevertheless, considering the current computer capabilities, this description is not presently affordable. This is why the use of chemistry reduction methods preserving the capability to predict pollutants species is necessary. The method of tabulated chemistry is a good candidate to tackle these problems and therefore is used as the basis of model developments achieved in the framework of this PhD thesis. A preliminary work has been made to select in the literature tabulated chemistry methods applying to turbulent reactive two-phase flows. The technique to create the chemical tables has been improved in order to take into account the effect of the residence time of the burnt gases on nitrogen oxides formation. The coupling of the method with a soot model has also been achieved. The tabulated chemistry gives access to the concentration of soot precursors and oxidizers, quantities which are required by the model used for the soot prediction. The developed tabulated chemistry model has been applied to the simulation of a configuration representative of aeronautical combustors. The concentration of nitrogen oxides, soot particles, carbon monoxide and unburnt hydrocarbons predicted by the numerical simulations have been compared to experimental results. The topology of the soot volume fraction field and the shape of pollutant concentrations profiles at the outlet agree quite well with the experiments. Nevertheless, concentration levels obtained from the simulations differ from the experimental results. This can be imputed to the error in the prediction of the temperature field that is independent of the combustion model, since a similar error was observed with another combustion model
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Zhu, Xiangyu. "Characterization of wood pellets combustion for clean energy generation." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023ULILR016.
Abstract:
Les thèmes de ma recherche sont de quantifier et comparer les caractéristiques de combustion et les émissions polluantes associées des pellets de bois naturel et des pellets noirs torréfiés.En contrôlant tous les paramètres de combustion (air entrant primaire et secondaire, débit de pellets, puissance de la chaudière), les principaux objectifs sont de :- Quantifier et comparer les caractéristiques de combustion des pellets de bois naturels et des pellets torréfiés sur un banc d'essai de combustion bien contrôlé.- De mesurer les émissions de polluants à l'aide d'analyseurs physicochimiques et par diagnostics laser in-situ dans la chambre de combustion et dans la cheminée.- Évaluer les avantages technico-économiques des deux types de granulés sur l'ensemble de la chaîne de valeur et offrir des conseils professionnels aux chauffagistes et combinateurs sur l'utilisation la plus économique et la plus respectueuse de l'environnement des granulés de biomasseThe themes of my research are to quantify and compare the combustion characteristics and the associated polluting emissions of natural wood pellets and roasted black pellets.By controlling all the combustion parameters (primary and secondary incoming air, pellet flow, boiler power), the main objectives are to:- Quantify and compare the combustion characteristics of natural wood pellets and roasted pellets on a well-controlled combustion test bench.- To measure pollutant emissions using physicochemical analyzers and by in-situ laser diagnostics in the combustion chamber and in the chimney.- Assess the technical-economic advantages of the two types of pellets across the entire value chain and offer professional advice to heating engineers and combinators on the most economical and environmentally friendly use of biomass pellets
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Schwartz, Dominique. "Conception d'un réacteur à flux laser pour l'étude de la combustion de grains de charbon : applications aux mesures d'émission de polluants." Mulhouse, 1992. http://www.theses.fr/1992MULH0206.
Abstract:
L'utilisation du charbon, dans les pays développés, a augmenté de quelques 3% par an et cela risque d'intensifier les problèmes liés a la pollution. En effet, lors de la combustion de charbon, il y a formation de différents polluants responsables entre autre de l'effet de serre et des pluies acides. Les objectifs de ce travail étaient : la réalisation d'un montage expérimental permettant une vitesse rapide de montée en température de grains de charbon supérieurs à 1 mm ; de mesurer les caractéristiques de combustion : a) de grains de charbon : délais d'inflammation ; durées de flamme ; durées et température de combustion hétérogène b) de gouttelettes de mélanges charbon – eau : durées et températures d'évaporation d'eau ; durées et températures de combustion hétérogène. Dans le cas de grains de charbon supérieurs à 1 mm, nous avons constaté le changement d'un régime homogène vers un régime hétérogène de l'inflammation. Dans nos conditions opératoires, la combustion hétérogènes se fait suivant un processus de régime polluants : a) formation de suies ou de goudrons ; b) émissions d'hydrocarbures imbrûlés ; émissions d'oxydes de carbone ; émissions d'oxydes de soufre ; émissions d'oxydes d'azote. Différentes conditions opératoires ont été utilisées : variations de la concentration en oxygène, du type de charbon, de la puissance et de la granulométrie
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Escudero, Barros Felipe Andrés. "Experimental and numerical contributions to soot production in laminar axisymmetric diffusion flames." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0048.
Abstract:
Une étude expérimentale a été réalisée avec le but principal de caractériser la production de suie pour différents indices d’oxygène (OI) dans des flammes de diffusion normale (NDF) et inverse (IDF). Pour les IDFs, une augmentation de l’OI augmente la formation de suie mais n’affectent pas les processus d’oxydation, ce qui conduit à une augmentation de la fraction volumique de la suie et de la fraction rayonnée. Une analyse dimensionnelle basée sur le point de fumée (SP) a permis d’unifier les comportements pour les NDFs générées par la combustion de l’éthylène, du propane et du butane en termes de hauteur de flamme, de fraction volumique de suie et de fraction rayonnée au SP. Dans une deuxième étape, une étude numérique a été réalisée avec pour objectif principal d’évaluer les capacités de la méthode sectionnelle (SM) et trois méthodes des moments (MOM) à prédire la structure morphologique des particules de suie. A cette fin, les MOMs ont été implémentées dans un code` parallèle existant pour la simulation des flammes de diffusion laminaires axisymétriques. Les résultats ont montré que la SM est capable de reproduire les données expérimentales disponibles, tandis que les MOMs ne sont pas en mesure de prédire tous les détails de la morphologie des particules de suie avec le même niveau de précision. Une analyse des principales différences entre la SM et les MOM a été réalisée. La principale raison des différences observées entre les MOMs et la SM est liée à l’impossibilité des MOMs à satisfaire l’hypothèse de conservation du nombre densité de particules primaires et du nombre de particules primaires par agrégat pendant les processus de croissance surfacique de la suieAn experimental study was performed with the main objective of characterizing soot production for different oxygen indices (OIs) in normal (NDFs) and inverse (IDFs) diffusion flames. Specific absorption-emission based methods were developed, implemented and validated to measure soot volume fraction and temperature. It was found that for IDFs, an increase on the OI produces an enhancement of soot formation but does not affect oxidation processes, leading to an increase on soot volume fraction and radiant fraction. In addition, a scaling analysis based on the smoke point (SP) resulted on a unified behavior for ethylene, propane and butane fueled NDFs in terms of flame height, soot volume fraction and radiant fraction at SP. In a second step, a numerical study was performed with the main objective of evaluating the predictive capabilities of the sectional method (SM) and three methods of moments (MOMs) for the resolution of the population balance equation (PBE) for soot particle size distribution (PSD). For this purpose, the MOMs were added to an existing parallel code for simulating laminar axisymmetric diffusion flames. The SM was able to reproduce the available experimental data whereas the MOMs were not able to predict details of soot morphology with the same level of accuracy. An analysis on the main differences between the SM and MOMs was performed. The main issue identified for the MOMs was the inability to satisfy the assumption of conservation of number density of primary particles and number of primary particles per aggregate during soot surface processes
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Sood, Kanika. "Combustion des nouveaux biocarburants : étude de la formation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Oxygénés (HAPOs) et les petites particules de suie (<10 nm)." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSMRE/2023/2023ULILR088.pdf.
Abstract:
Les biocarburants et autres produits chimiques dérivés de la biomasse sont désormais considérés comme un élément essentiel du portefeuille énergétique durable, où ils promettent de contribuer à la sécurité énergétique de notre société. Malgré l'intérêt indéniable que présentent ces biocarburants, leurs processus de combustion sont susceptibles de favoriser la formation d'HAPOs (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Oxygénés) qui peuvent à terme contribuer à la formation de suie, et peuvent également en modifier profondément les propriétés. Le travail réalisé dans cette thèse a porté sur l'identification et la quantification des aromatiques oxygénés formés lors de la combustion d'un biocarburant à base de lignine dans des conditions de flamme. Des flammes laminaires prémélangées d'anisole (composé modèle de substitution pour la biomasse) et de mélanges de carburants hydrocarbonés (iso-octane et méthane) ont été étudiées à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse avancée. Dans ce contexte, nous avons mis en œuvre une technique d'enrichissement de l'échantillon (piège de préconcentration de l'échantillon) avec un ensemble d'analyses chromatographiques in situ et ex situ (1D GC-MS, 1D GC-SPT-FID et 2D GC-MS) qui nous ont permis d'identifier un large panel de différents aromatiques oxygénés (~100). Ces résultats ont ensuite été utilisés pour analyser les voies de décomposition du combustible qui conduisent à la formation d'HAPOs. Avec l'identification, cette thèse fournit une base de données expérimentale quantitative détaillée en termes d'évolution de la fraction molaire par rapport à la hauteur de la flamme pour plusieurs aromatiques oxygénés et non oxygénés associés. D'autres biocarburants comme le 2,5-DMF et l'éthanol ont également été étudiés et les résultats expérimentaux ont montré que les différentes structures moléculaires des biocarburants conduisent à des différences significatives dans la formation d'espèces intermédiaires et de polluants. Ce travail met également en lumière des informations cruciales concernant la quantité et la taille des particules de suie formées dans ces flammes en utilisant LII et SMPS. Les résultats préliminaires des mesures de suie indiquent que la taille des particules de suie dans ces flammes est très petite (<10 nm)Biofuels and other biomass-derived chemicals are now considered as a vital part of sustainable energy portfolio, where they promise to contribute to our society’s energy security. Despite the undeniable interest presented by these biofuels, their combustion processes are likely to enhance the formation of OPAHs (Oxygenated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) which may eventually contribute to the formation of soot, and may as well profoundly modify its properties. The work carried out in this thesis focused on the identification and quantification of the oxygenated aromatics formed during the combustion of a lignin-based biofuel in flame conditions. Laminar premixed flames of anisole (surrogate model compound for biomass) and hydrocarbon fuel blends (iso-octane and methane) have been investigated using Advanced Gas Chromatography. In this context, we implemented a sample enrichment technique (sample pre-concentration trap) with a set of in situ and ex situ chromatographic analysis (1D GC-MS, 1D GC-SPT-FID and 2D GC-MS) which enabled us to identify a large panel of different oxygenated (~100) aromatics. These results were then used to analyze the fuel decomposition pathways that lead to the formation of OPAHs. Together with identification, this thesis provides a detailed quantitative experimental database in terms of the evolution of the mole fraction with respect to the flame height for several oxygenated and associated non-oxygenated aromatics. Other biofuels like 2,5-DMF and ethanol were also studied and experimental results showed that the different molecular structures of biofuels lead to significant differences in the formation of intermediate species and pollutants. This work also highlights crucial information concerning the amount and the size of soot particles formed in such flames using LII and SMPS. Preliminary results from soot measurements indicate that the soot particle size in these flames is very small (<10 nm)
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Vonarb, Régis. "Contribution à l'étude des phénomènes d'inflammation et de propagation de la combustion d'un lit de suies diesel additivées." Mulhouse, 1999. http://www.theses.fr/1999MULH0579.
Abstract:
En France, le véhicule de tourisme à moteur Diesel est depuis 1998 confronté au respect des normes antipollution. Malgré l'amélioration des processus de combustion dans le moteur, des systèmes de post-traitement des échappements deviennent nécessaires. L'une des solutions adoptée pour réduire les émissions de particules consiste à utiliser conjointement un filtre et un catalyseur capable d'abaisser la température de combustion des suies et de les éliminer de manière continue. Notre travail s'inscrit dans cette optique. Nos objectifs sont précisément de : développer un outil d'étude expérimentale de l'initiation et de la propagation de la combustion du lit de suies Diesel, rechercher les paramètres qui affectent l'initiation et la propagation de la combustion du lit de suies, relier ces phénomènes à la réactivité des différentes suies étudiées, comparer les comportements en combustion de ces différentes suies. Nous avons conçu un réacteur de visualisation et d'enregistrements vidéo de la régénération (RVVR) permettant de visualiser la combustion (caméra vidéo) et de mesurer la température de surface d'un lit de suies (pyrométrie infrarouge). L'inflammation (point chaud) des suies est déclenchée localement par chauffage du lit de suies avec une lampe halogène couplée à une lentille. Une étude a été entreprise sur l'influence des paramètres : teneur en O2, H2O et NO2 ; débit gazeux ; pression ; température initiale du lit de suies ; mode de dépôt du lit de suies (masse, épaisseur), sur la combustion du lit de suies. Cette étude a permis d'identifier les facteurs favorables à la propagation de la combustion : augmentation de la température des suies, de la masse volumique du lit de suies, de la teneur en oxygène et de la pression. Des modèles numériques ont été développés pour simuler les phénomènes d'initiation et de propagation de la combustion dans le réacteur RVVR. Un modèle monodimensionnel permet dans une première étape, de simuler l'augmentation de la température du lit de suies du fait de la puissance lumineuse apportée par la lampe, l'initiation de la combustion et sa propagation. Les températures d'inflammation obtenues sont proches de celles observées expérimentalement. Pour pouvoir prendre en compte les effets d'hétérogénéité de masse volumique au sein du lit de suies, un modèle bidimensionnel a été proposé.
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Bourrous, Soleiman. "Étude du colmatage des filtres THE plans et à petits plis par des agrégats de nanoparticules simulant un aérosol de combustion." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0301/document.
Abstract:
Dans les installations nucléaires, les particules en suspension sont le vecteur d’une grande partie de la contamination radiologique. Pour cette raison, l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) étudie les filtres THE (Très Haute Efficacité) plissés qui sont l'un des dispositifs permettant assurer la sécurité de l'exploitation nucléaire. Pour éviter les rejets dans l'environnement, la compréhension du comportement des filtres en particulier dans la situation accidentelle doit être aussi exhaustive que possible. L'accident le plus probable et le plus pénalisant pour les dispositifs de confinement est l’incendie qui conduit à une production massive de particules de suie. Dans ce cas, le colmatage des filtres est un problème qui doit être pris en compte. Jusqu'à présent, une corrélation empirique a été développée pour prédire l'augmentation de perte de charge. Toutefois, le caractère empirique de cette corrélation ne permet pas son utilisation dans toutes les situations. Une compréhension phénoménologique et un modèle de colmatage est alors nécessaire. Le travail de thèse qui suit vise à lier l'évolution de la perte de charge à des observations physiques pour chaque étape du colmatage. Pour ce faire, l'étude a été divisée en deux parties. La première se focalise sur le comportement du filtre plan en mesurant la pénétration de particules à l'intérieur du medium et la porosité du dépôt formé sur sa surface. La deuxième partie consiste en une expérience à petite échelle basée sur un seul pli. L'accumulation de particules à l'intérieur du pli a été directement observée, de plus, la déformation du pli ainsi que les écoulements d'air dans le pli (en utilisant une méthode de PIV) ont été mesurés. Au cours de ces expériences, la perte de charge a été mesurée et les paramètres mesurés ont été liés à l'évolution de la perte de charge. La finalité est de construire un modèle analytique simple afin de prédire l'évolution de la perte de charge des filtres en fonction de la masse déposée, des caractéristiques de l'aérosol et des conditions aérauliques. La principale perspective ouverte par ces résultats est la validation des modèles numériques complets pour surmonter les limites expérimentales. Le prolongement logique de ce travail sera l'étude du comportement d'un filtre colmaté soumis à des contraintes de température, d’humidité et aux agressions chimiques de produits de combustionIn nuclear facilities, airborne particles are the vector of most of the radiological contamination. For this reason, pleated HEPA filters are one of the containment devices which are actively studied by the IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) to ensure the safety of nuclear exploitation. To avoid contamination of the environment, the understanding of the behavior of the filters especially in accidental situation has to be as exhaustive as possible. The most probable accident and the most penalizing for the containment devices is fire which leads to a massive soot particle production. In this case, the clogging of the filters is a problematic which has to be taken into account. Up to now, an empirical correlation has been developed to predict the pressure drop increase. The empirical nature of this correlation doesn’t allow its use in all situations. A phenomenological understanding and model of the clogging is then necessary. The following PhD work aims to reduce the pressure drop evolution to physical observations for each step of the clogging in order to model it on the most physical basis as possible. To do so, the study has been divided in two parts. The first one focusing on the behavior of flat filter by measuring the penetration of particles inside the medium and the porosity of the deposit formed on its surface. In the second part a small scale experiment based on a single pleat has been developed. Accumulation of the particles inside the pleat has been directly observed, deformation of the pleat as well as airflow in the pleat (using a PIV method) has been measured. During these experiments, pressure drop has been monitored and the measured parameters have been linked to the pressure drop evolution. Finality is to build a simple analytical model to predict the pressure drop evolution of the filters as a function of the deposited mass, the aerosol characteristics and the ventilation conditions. The main perspective opened by these results is the validation of complete numerical models to overcome the experimental limits. The logical extension of this work will be the study of the interaction of a clogged filter with temperature, air moisture and chemical aggression
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Lefort, Benoîte. "Cinétique de combustion de flammes prémélangées riches méthane/éthane/propane : étude expérimentale et modélisation." Lille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006LIL10155.
Abstract:
L'étude porte sur la combustion à basses pressions d'un mélange CH4/C2H6/C3H8/O2/N2 dans des flammes laminaires riches (Phi =1,66 et 2,05). Les espèces stables sont analysées par couplage microsonde - chromatographie/spectrométrie de masse - spectroscopie d'absorption infrarouge. La température est mesurée par thermocouple recouvert. Un mécanisme de combustion, comprenant 197 espèces et 1207 réactions, a été mis au point pour reproduire les profils des espèces. Le modèle prédit correctement l'évolution des espèces hydrocarbonées en C2 (éthylène, acétylène), C3 (allène, propyne), C4 (1,3-butadiène, 1 et 2-butyne), C6 (benzène), C7 (toluène) qui jouent un rôle dans la formation des suies observées à Phi = 2,05. Le mécanisme a été comparé à des modèles de la littérature, et testé dans d'autres conditions expérimentales (délais d'autoinflammation, vitesses de flammes, réacteur parfaitement agité). Les fractions volumiques des suies ont été mesurées par Incandescence Induite par LaserThe present work concerns the study of rich liminar premixed CH4/C2H6/C3H8/O2/N2 flames (Phi =1,66 et 2,05). The stable species are analyzed by micropobe sampling, gas chromatography, mass spectrometry and infrared spectroscopy. The temperature profiles are measured with a coated thermocouple. A detailed chemical kinetic mechanism, including 197 species involved in 1207 reactions, has been developped. The profiles of C2 (ethylene, acetylene), C3 (allene, propyne) and C4 (butadiene, butyne) hydrocarbon species and of benzene and toluene, which are known as soot precursors, are well predicted by the model. The chemical mechanism has been also compared with other mechanisms of the literature and tested in other experimental conditions (ignition delays, burning velocities, perfect stirred reactor). Soot volume fractions are mesured by Incandescence Induced of Laser in the richest flame
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Varin, Étienne. "Etude et développement du modèle de combustion turbulente PEUL : Application à la prédiction de la formation des suies dans les foyers aéronautiques." Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES033.
Abstract:
Ce travail concerne la modélisation des écoulements turbulents réactifs. L'objectif visé consiste à développer un code de calcul susceptible de prédire les niveaux de suie dans les foyers aéronautiques. On choisit d'appréhender la combustion turbulente par une approche de type Probabiliste Eulérienne Lagrangienne (PEUL). Le champ de vitesse est obtenu par la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées et le champ de composition chimique et de température par la résolution, à l'aide d'une méthode de Monte Carlo, de l'équation de transport de la PDF (Probability Density Function). Afin de calculer des niveaux de suie, ce modèle de combustion turbulente est couplé à un modèle de formation/destruction des suies. Ce second modèle prend en compte les processus d'apparition des précurseurs et de nucléation, de croissance en surface, de coalescence et d'oxydation des particules de suie. Les résultats de calcul obtenus dans le cas de la simulation d'une flamme turbulente de diffusion éthylène/air, sont comparés avec des résultats expérimentaux. La dernière partie de ce travail présente les résultats de la simulation d'une chambre de combustion aéronautiqueThis work deals with the numerical simulation of turbulent reactive flows. The aim of the study is to develop a model able to predict soot formation in aeronautical chambers. We use a Probalistic Eulerian Lagrangian (PEUL) method to describe the turbulent combustion. With this model, the velocity field is calculated by solving Navier-Stokes equations. Chemical composition and temperature fields are obtained by solving the Probability Density Function transport equation with a Monte Carlo method. A soot model is coupled to the combustion model in order to compute soot levels. The different processes of soot formation and destruction are taken into account: precursors formation, nucleation, surface growth, coagulation and oxidation of soot particles. We compare computation results with experimental results in the case of an ethylene/air turbulent diffusion flame. Finally, an application of our model to a practical case is related. The three dimensional numerical simulation of an aeronautical combustion chamber is presented
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Wartel, Maxime. "Développement de la méthode Fluorescence Induite par Laser en jet froid pour la quantification d’espèces aromatiques impliquées dans la formation des particules de suie dans les flammes." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10004/document.
Abstract:
L’émission de HAPs (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et de particules carbonées produis lors de la combustion d’hydrocarbures ont un impact important à la fois sur l’environnement et sur la santé. En effet, les particules de suie, étant des particules ultra-fines sont facilement assimilées par le système respiratoire et provoquent des troubles de l’organisme. De plus, les HAPs que ce soit en phase gazeuse ou adsorbés à la surface des suies sont reconnus comme étant des composés mutagènes et cancérigènes. La limitation des émissions de ces espèces polluantes passe par une compréhension des mécanismes à l’origine de leur formation et nécessite donc la mise en place de techniques de plus en plus sensibles pour permettre leur détection dans des flammes où évoluent de nombreuses espèces chimiques en interaction les unes avec les autres. Ce travail de thèse a donc pour objectif de développer une nouvelle méthode de détection de HAPs sélective, sensible et quantitative reposant sur l’extraction des espèces de la flamme et à leur analyse par Fluorescence Induite par laser (LIF) après refroidissement au sein d’un jet supersonique. Cette stratégie conduit à l’obtention de spectres caractéristiques de HAPs spécifiques permettant ainsi leur mesure quantitative et sélective. Grâce au développement de cette méthode, la mesure de profils de fraction molaire de trois espèces clefs dans les mécanismes de formation des HAPs (benzène, naphtalène et pyrène) a pu être réalisée dans une flamme de prémélange CH4/O2/N2 stabilisée à basse pression pour différentes conditions de pression et de richesse. En parallèle, les profils de fraction volumique de suie ont été obtenus in situ par la technique d’Incandescence Induite par Laser (LII), ce qui a permis de dégager des corrélations entre concentrations de HAPs et de particules de suie. La base de données obtenue permettra d’affiner les modèles cinétiques de formation de HAPs et de suies dans les flammesThe emission of PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) and carbonaceous particles produced during fuel combustion have a significant impact both on the environment and health. Indeed, soot particles, as ultra-fine particles are easily assimilated by the respiratory system and cause disorders of the body. In addition, PAHs either in the gas phase or adsorbed on the surface of soot are known to be mutagenic and carcinogenic compounds. Understanding of these pollutants formation requires the development of more and more sensitive techniques to allow their detection in flames, a complex environment where many chemical species interact. This thesis aims to develop a new selective, sensitive and quantitative method for detecting PAHs based on the extraction of flame species and their analysis by Laser Induced Fluorescence (LIF) after cooling within a supersonic jet. By using this method, it is possible to obtain selective spectra of individual PAHs allowing their selective and quantitative measurement in flames.With the development of this method, the measurement of mole fraction profiles of three key species in the mechanisms of PAHs formation (benzene, naphthalene and pyrene) was achieved in a CH4/O2/N2 laminar premixed flame stabilized at low pressure for different pressure and equivalence ratio conditions. In parallel, soot volume fraction profiles were measured in situ using the technique of Laser-Induced Incandescence (LII), highlighting correlations between concentrations of PAHs and soot particles. The obtained database will be useful to develop kinetics modelling of PAHs and soot formation in flames
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Grimonprez, Symphorien. "Propriétés hygroscopiques de particules de suie prélevées dans des flammes de kérosène et de diesel : influence de l'exposition à des oxydants atmosphériques." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10031/document.
Abstract:
L'aviation civile a connu une forte croissance et occupe actuellement une place importante dans l'économie mondiale. L’intensification du trafic aérien s’accompagne d’une augmentation importante des émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols dans la haute troposphère, ceux-ci contribuent au réchauffement climatique. Les particules de suie rejetées dans la haute troposphère peuvent agir comme noyaux de condensation et induire la formation de gouttelettes d'eau ou de particules de glace qui constituent les traînées de condensation (contrails). Celle-ci, peuvent persister et évoluer en formant des nuages artificiels, sous forme de cirrus induit. Ce travail vise à acquérir une meilleure connaissance du rôle des particules de suie dans le processus de formation des contrails. Pour mieux comprendre ce phénomène, nous avons déterminé la fraction activée et la sursaturation critique des suies avec un dispositif expérimental permettant de prélever les suies dans une flamme de laboratoire. Nous avons dans un premier temps déterminé les propriétés hygroscopiques des suies fraîches. Nous avons également évalué l’impact de la composition chimique du carburant (kérosène et diesel), la maturité et la taille des suies sur les propriétés hygroscopiques. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’impact de différents vieillissements atmosphériques sur les propriétés hygroscopiques des suies kérosène. Enfin, nous avons estimé le paramètre d’hygroscopicité κ des suies fraîches (kérosène et diesel) et celui des suies ayant subi un vieillissement atmosphériqueCivil aviation has traditionally experienced faster growth than most other industries, and currently is a leading part of the global transport economy. In parallel to the civil aviation growth, larger and larger amount of greenhouse gases and aerosol particles are emitted in the high troposphere. Especially, aerosol emissions can trigger the formation of condensation trails (contrails) that may persist and eventually evolve in cirrus-like artificial clouds. Soot particles released on the high troposphere may act as precursors for the water droplets or ice particles of which contrails are formed, ultimately initiating the formation of clouds in conditions where they would not otherwise persist. In this work we aim to gain better insights on the role of soot in the contrail formation process. To better understand this phenomenon, we determined the activated fraction and the critical supersaturation of soot sampled from laboratory flames. We evaluated the hygroscopic properties of fresh soot. We studied the influence of sampling method, particle size and maturity of soot. We were then interested in the impact of different atmospheric aging on the hygroscopic properties of kerosene soot. Finally, we determined the hygroscopicity parameter κ of fresh soot and aging soot (diesel and kerosene)
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Sapa, Bertrand. "Contribution à l'extension d'un schéma incompressible pour les flammes à bas nombre de Froude." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0004.
Abstract:
Une première approche de la simulation des incendies est menée à l'aide du code CFD d'EDF R&D Code_Saturne. Une extension de son schéma incompressible et une adaptation des conditions limites libres sont développées afin de traiter des flammes à bas nombre de Froude instationnaires et dominées par la convection naturelle grâce à une modélisation URANS. La turbulence est traitée à l'aide d'un modèle k − ε tenant compte de la gravité. La combustion est traitée à l'aide d'une réaction globale infiniment rapide et l'interaction avec la turbulence par une approche statistique présumant une fonction densité de probabilité. L'équation des transferts radiatifs est résolue à l'aide de la méthode des ordonnées discrètes. Les propriétés radiatives du milieu sont estimées à l'aide d'un modèle à larges bandes. Le modèle semi-empirique utilisé pour les suies tient compte des processus de nucléation, croissance, agglomération et oxydation. Le modèle est appliqué à des panaches thermiques et d'hélium, configurations proches des feux. Le gain minime apporté par les fermetures testées sur le modèle de turbulence suggère que le calcul des flux turbulents scalaires est plus important. En revanche, le gain lié au schéma faiblement compressible est considérable. Le modèle est ensuite appliqué à deux types de feu. Sur le feu de nappe, un maillage fin est nécessaire pour pallier un défaut de turbulence et obtenir une bonne prédiction sur les grandeurs caractéristiques. Cette conclusion est modérée par les résultats obtenus sur le feu de compartiment pour lequel les prédictions sont raisonnables malgré les maillages grossiers utilisés, le rayonnement des fumées et des parois ayant une forte influenceAs a first step for fire simulation, an extension of the incompressible scheme and adaptations for the free boundary limits have been developed in Code_Saturne, EDF R&D's fluid mechanic software. This numerical approach is aimed to handle unsteady low Froude number flames dominated by natural convection. The turbulence model is a k − ε with gravity effects. The combustion model uses an infinitely fast one-step reaction with a presumed probability density function. The radiative transfer equation is solved with the discrete ordinates method. The radiative properties are computed thanks to a wide band model. Nucleation, growth, agglomeration and oxidation of soot are treated with a semi-empirical model. The model was applied to steady thermal plumes and a helium plume, configurations closed to fire. Benefits from tested closures on buoyant production term are negligible and suggest that closure of turbulent fluxes is more important. However, benefits from the weakly compressible scheme is significant, in particular on unsteady behaviour. The computed, time-averaged velocity and temperature profiles are compared with experimental data, and a relatively good agreement is attained. Then the model was applied to a pool fire and a compartment fire. With the pool fire, using a fine mesh is needed to balance a lack of turbulence production and get a good prediction on fire characteristics. This conclusion is moderate for the compartment fire. Although the mesh used is coarse, the predictions are reasonable, due to the strong influence of radiation from smoke and walls
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Maugendre, Mathieu. "Etude des particules de suie dans les flammes de kérosène et de diester." Thesis, Rouen, INSA, 2009. http://www.theses.fr/2009ISAM0016/document.
Abstract:
Les suies se présentent sous la forme de fines particules carbonées de diamètres compris entre quelques dizaines de nanomètres à quelques micromètres. Dans l’atmosphère, elles entraînent des enjeux climatiques, de par leurs propriétés radiatives, mais aussi des enjeux sanitaires, du fait de leur faible taille : elles pénètrent facilement dans le système respiratoire et même, pour les plus fines, dans le système sanguin. L’objectif est de parfaire les connaissances sur les propriétés physiques des suies produites par différents systèmes de combustion. C’est dans le but de mieux comprendre l’influence des systèmes de combustion, faisant intervenir des temps de séjours différents, des propriétés de turbulence, d’oxydation et de pression distinctes que nous avons choisi d’étudier trois types de combustion spécifiques : d’une part, des flammes de diffusion laminaires à pression atmosphérique, initiées dans un brûleur développé au cours de ces travaux ; d’autre part, une flamme de diffusion laminaire sous atmosphère pressurisée (3 à 5 bars) ; enfin, une flamme turbulente produite par une chambre tubulaire, elle aussi sous atmosphère pressurisée (1.2 à 3 bar). Un autre enjeu de ce travail était d’approfondir les informations relatives à la combustion de carburants liquides, à savoir le kérosène et le diester. Les travaux effectués visent à déterminer les caractéristiques morphologiques (dimension fractale, diamètre des monomères...) et l’indice complexe m* des suies issues des différents systèmes de combustion. La technique employée pour la mesure de l’indice complexe de réfraction des suies, repose sur l’analyse d’une partie des fumées produites par les flammes. Ces fumées sont acheminées dans un banc d’analyse permettant la mesure de signaux d’extinction et de diffusion, ainsi que de distributions de taille des suies. Par ailleurs, des analyses de clichés obtenus par microscope en transmission d’électrons (TEM) permettent l’obtention d’informations sur la morphologie des agrégats de suies. L’utilisation de la théorie de la diffusion de la lumière pour des agrégats fractals dans la limite de Rayleigh (RDG-FA) permet d’estimer à partir de ces données deux fonctions de l’indice complexe E(m) et F(m), et ainsi de retrouver m*Soot are carbonaceous fine particles, which diameters are ranged from a few nanometres to a few micrometers. They have an impact on climate, due to their radiative properties, as well as on health, due to their small size. That’s why particulate matter is an important concern. In order to gain a better understanding of the influence of the combustion devices, which implies specific residence time and also specific turbulence, oxidation and pressure properties, we studied three specific kinds of combustion : first, laminar diffusion flames at atmospheric pressure ; then, a laminar diffusion flame a high pressures (3 to 5 bar) ; finally, a turbulent flame produced in a combustor at high pressures (1,2 to 3 bar). Another objective of this work was to improve the knowledge about soot produced by the combustion of liquid fuels, namely kerosene and biofuel. We studied morphological properties (fractal dimension, primary particle size…) and the refractive index m* of soot produced by these combustion systems. The technique employed to characterize the soot refractive index is based on the analysis of a part of smokes produced by flames. These are transported towards two optical cells, so that extinction and scattering coefficients can be measured, in addition to soot size distributions. Furthermore, a morphological characterization of the aggregates is conducted, using transmission electron microscopy (TEM) photographs. Rayleigh-Debye-Gans theory for fractal aggregates is used to determine two functions of the refractive index E(m) and F(m), so that m* can be deduced
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Ayachi, Naceur. "Contribution à l'étude de la formation de la suie dans les milieux en combustion par les méthodes optiques basées sur la diffusion de lumière." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://www.theses.fr/1991ECDL0026.
Abstract:
Une étude bibliographique du processus d'apparition et d'oxydation des particules de suie dans différents systèmes de combustion est tout d'abord présentée avec un intérêt particulier pour l'étude du moteur diesel. Une méthode de mesures optiques basée sur la diffusion de la lumière par les particules de suie a été d'abord étudiée théoriquement puis mise en place pour les mesures locales du diamètre et de la concentration de ces particules dans les milieux en combustion. Apres une validation sur des billes de latex, les premières applications ont porte, dans le cadre d'une étude fondamentale, sur une flamme de diffusion laminaire. Elles ont permis d'établir une cartographie détaillée des tailles et concentrations de particules dans cette flamme. Une estimation des paramètres représentatifs des cinétiques de formation et de précombustion des particules de suie a pu être effectuée. Transposée a un moteur diesel équipe d'accès optiques, cette méthode a permis de mesurer et de suivre l'évolution de la taille et de la concentration des particules au cours de la combustion en un point de l'axe du jet tandis que des mesures d'extinction délivraient le volume total de suie se trouvant dans la chambre de combustion a chaque instant
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Bensouda, Fatima-Zohra. "Etude de la réactivité de suies Diesel à partir de mesures thermogravimétriques : résolution mathématique des équations correspondantes." Mulhouse, 2000. http://www.theses.fr/2000MULH0559.
Abstract:
La filtration des suies émises par les moteurs Diesel s'accompagne du problème de la régénération des filtres lorsque ceux-ci sont saturés. La réactivité de la suie est alors un paramètre fondamental, à cause de l'exothermicité de la réaction. La réactivité des suies a été étudiée par thermogravimétrie. La détermination des constantes de vitesse d'oxydation passe par l'étude des couplages entre réactivité et transport de l'oxygène jusqu'au lit de suies et à l'intérieur de celui-ci. D'autre part, la réaction d'oxydation de CO et CO2 par l'oxygène, en phase gaz, doit être prise en compte car contribuant à consommer l'oxygène disponible. Cette modélisation a conduit à déterminer les constantes de vitesses des 2 réactions C + 02 → CO2 et C + 1/2 O2 → CO à différentes températures, permettant de déterminer des énergies d'activation. La modélisation des transferts de masse au sein du milieu poreux a, en outre, nécessité la détermination du coefficient de diffusion de l'oxygène au sein des suies. La mesure de ce coefficient a été réalisée, ainsi que la modélisation du transport de l'oxygène. Ceci a conduit à une estimation théorique de la valeur de ce coefficient. La modélisation du couplage transferts de masse/réactivité a conduit à l'obtention d'un système de trois équations aux dérivées partielles semi-linéaires couplées, aussi bien dans la phase gaz que dans les suies. Les difficultés de résolution mathématique du problème découlent, d'une part, du couplage entre les équations non linéaires et, d'autre part, de l'indétermination a priori de certains coefficients de ces équations. Enfin, la thèse propose une méthode de résolution numérique de ces problèmes avec la possibilité d'ajuster les paramètres inconnus.
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Tafforin, Anne-Gaëlle. "Modélisation des transferts radiatifs en milieu diphasique, émissif, absorbant et multidiffusant : application aux particules de suies formées dans les flammes laminaires." Rouen, 2001. http://www.theses.fr/2001ROUES004.
Abstract:
Pour des milieux en combustion, les plus importantes sources de rayonnement thermique sont les particules présentes dans les flammes. Le but de ce travail consiste à créer un outil numérique permettant de qualifier et de quantifier les transferts radiatifs dans un tel milieu, c'est-à-dire dans un milieu diphasique comprenant des particules et des gaz émissifs et absorbants, en prenant en compte la diffusion multiple par les particules. Deux codes de calcul ont été élaborés : le premier basé sur une méthode 4-flux multicouche qui permet de modéliser les transferts radiatifs d'un milieu diphasique monodimensionnel, et le second basé sur une méthode statistique de Monte Carlo qui permet de calculer les transferts radiatifs dans un milieu diphasique de géometrie tridimensionnelle quelconque. Les études réalisées en combustion (code run-1dl) et en spectroscopie (méthode de Li) ont permis de caractériser correctement une flamme non-prémélangée laminaire à contre-courant, qui a servi de cas d'application aux deux codes élaborés. La flamme choisie était trop peu fuligineuse pour que la présence des particules ait un impact conséquent sur les transferts radiatifs. Cependant, grâce aux essais réalisés, nous avons vérifié numériquement le phénomène empirique bien connu des systèmes en combustion : la présence des particules modifie fortement les transferts d'énergie vers le milieu extérieur. Suivant leur densité, les particules peuvent, cas extrême, bloquer les transferts radiatifs jusqu'à éteindre la flamme. Une des conclusions importantes de ce travail est que les critères généralement appliqués aux milieux chargés en particules (Albedo, épaisseur optique) ne permettent pas de supposer du comportement radiatif du milieu. Ce résultat souligne que la multidiffusion est un phénomène prépondérant pour les transferts d'énergie dans une flamme.
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Serve, Adrien. "Couche catalytiques conductrices ioniques pour filtre à particules autorégénérant." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1210/document.
Abstract:
Les travaux s'inscrivent dans le développement de catalyseurs conducteurs ioniques à base de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium (YSZ) pour l'oxydation des suies dans les filtres à particules (FAP) qui équipent les véhicules Diesel. L'oxydation de la suie sur YSZ a été observée à l'échelle nanométrique par microscopie électronique en transmission environnementale. La réaction d'oxydation se déroule à l'interface (20-40 nm) entre le catalyseur et la suie, l'activité étant liée au nombre de points de contact. Nous avons associé un vecteur d'oxygène mobile, l'argent, à YSZ. Les résultats montrent une synergie entre YSZ et les nanoparticules d'argent qui promeut l'activité notamment en cas de contact grossier avec la suie. Des expériences isotopiques d'échanges et d'oxydation ont démontré que l'argent active l'intégration de l'oxygène gazeux dans le réseau de YSZ. La caractérisation des propriétés physicochimiques des nanoparticules d'argent dispersées sur différents oxydes (une autre zircone yttriée aux propriétés différentes : YSZb, ZrO2, CeZrO2, SiO2) a permis de relier les performances catalytiques avec la teneur d'argent métallique en surface. Des tests de vieillissement hydrothermal ont montré que la formulation supportée sur YSZb présente une activité maintenue en contact médiocre avec la suie et une faible perte en argent. Des mini-FAPs imprégnés de catalyseur ont ensuite été testés sur un banc de gaz synthétiques capable de produire des particules de suie en suspension. L'activité des formulations catalytiques une fois mises en forme ainsi que leur capacité de filtration ont été évaluées. Un mini-FAP contenant la formulation Ag/YSZb oxyde les suies dès 350°C et s'auto-régénère (oxydation des suies plus rapide que leur collecte) dès 450°CThis study deals with the development of ionic conductive catalysts based on yttria-stabilized zirconia for soot oxidation in Diesel Particle Filter (DPF). Soot oxidation was observed at the nanoscale using Environmental Transmission Electron Microscopy. Reaction was shown to occur at the interface between YSZ and soot, ranging from 20 to 40 nm, and activity was related to the number of contact points between soot and catalyst. In order to promote activity, we associated to YSZ an oxygen carrier: silver, under the form of silver nanoparticles (AgNPs) scattered over YSZ surface. Results display a synergy between YSZ and AgNPs, allowing for the promotion of soot oxidation under poor contact conditions. Isotopic exchange and oxidation experiments demonstrated AgNPs promote oxygen integration into YSZ lattice. Characterizations of supported AgNPs over different oxides such as YSZb (displaying different properties than YSZ), ZrO2, SiO2, CeZrO2, indicate that the soot oxidation activity is related to the amount of metallic silver species on the oxide surface. Hydrothermal ageing tests indicate that Ag/YSZb formulation displays a stable activity in poor contact conditions and a low silver loss. Baby-DPF (1 inch diameter, 3 inches length) were impregnated with silver-supported catalysts and tested on a synthetic gas bench producing a gas stream containing suspended soot particles. Soot oxidation activity and filtration efficiency were measured. A baby-FAP containing the Ag/YSZb formulation was shown to oxide soot at a temperature as low as 350°C and to induce self-regeneration (soot oxidation overcoming the collection) at 450°C
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Marchal, Caroline. "Modélisation de la formation et de l'oxydation des suies dans un moteur automobile." Phd thesis, Université d'Orléans, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00392316.
Abstract:
Ce travail porte sur la modélisation de la formation et l'oxydation des suies avec, comme objectif final, l'optimisation du développement des moteurs thermiques en terme de réduction des émissions de particules. Pour atteindre cet objectif, un modèle de suie a été développé et couplé à un modèle de combustion dans un code aérothermique 3D. Le modèle de suie vise à reproduire la distribution en taille des particules avec une précision raisonnable. Pour ce faire, une méthode de sectionnement a été choisie et améliorée afin de satisfaire à des critères industriels en termes de temps de calcul et de charge mémoire. Dans une première étape, un mécanisme cinétique détaillé d'oxydation d'hydrocarbures représentatifs des carburants a été développé et validé dans de larges domaines de pression et de configurations expérimentales. Ce mécanisme permet de modéliser la formation de composés aromatiques dans la phase gaz, étape initiale du modèle de suie. Si l'utilisation d'une cinétique détaillée est indispensable pour satisfaire aux exigences de précision, elle nécessite le recours à des techniques de tabulation de la chimie afin de ne pas recalculer les termes chimiques localement, ce qui est trop coûteux en temps de calcul. Trois types de tables, impliquant des couplages différents avec le modèle de combustion, ont été proposés. L'intégration du modèle de suie dans STAR-CD™ a nécessité l'implantation des tables générées, des équations du modèle de suie et du couplage entre le modèle de suie et le modèle de combustion. Une première validation a été réalisée avec des valeurs de table imposées afin de s'affranchir des hypothèses de couplage. Dans un deuxième temps, la simulation de la combustion dans un moteur conventionnel, à pleine charge, a été réalisée. Les résultats obtenus étant encourageants, une dernière validation a été effectuée sur la base d'une campagne de mesures (technique LII) réalisées sur moteur à accès optiques fonctionnant en charge partielle.
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Sri, Rahayu Wuryaningsih. "Préparation, caractérisation et mise en œuvre de catalyseurs à base de pérovskites dans la combustion des suies diesel." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD695.
Abstract:
La combustion catalytique des suies issues des moteurs Diesel, sur des catalyseurs à base de pérovskite ABO3 du type LaO,8Sr0,2MnO3 a été étudiée. L'activité a été évaluée à l'aide de l'analyse thermique ATD-ATG en utilisant des suies synthétiques (un mélange de 70 % de noir de carbone, 15 % d'huile de moteur et 15 % de gasoil), ou du noir de carbone seul. A l'aide d'une étude bibliographique nous avons, dans un premier chapitre, situé le sujet en abordant les principaux aspects du problème. Dans le deuxième chapitre nous avons préparé et testé une série de catalyseurs en introduisant une petite quantité de métal précieux (Pt, Pd ou Ru) et/ou un déficit de Mn dans le site B. Les meilleures performances sont obtenues par la pérovskite stoechiométrique dopée au Pd. Quelques paramètres pouvant influencer l'activité ont été examinés, à savoir : la méthode de préparation, la surface spécifique, le vieillissement et le rapport suies/phase active. Des mesures en ATD-ATG en régime isotherme ont été également faites. Cette technique a permis aussi de déterminer les paramètres cinétiques de la réaction. Les résultats sont enfin discutés et un mécanisme du type suprafacial a pu être proposé. Dans le dernier chapitre nous nous sommes intéressés à la recherche d'un support (wash-coat) permettant de déposer la pérovskite contenant du Pd sur un filtre de cordiérite ainsi qu'à la mise au point d'une méthode de dépôt du catalyseur. Quatre oxydes (M203-y, CeO2, TiO2 et ZrO2) ont été examinés. L'alumine provoque la désactivation du catalyseur. Les trois autres supports semblent être bien adaptés, en particulier la cérine qui donne le meilleur résultat. La méthode de dépôt qui permet d'obtenir une bonne activité consiste à déposer CeO2 à partir d'une solution de nitrate de cérium alors que le catalyseur est déposé à partir d'une suspension dans un mélange eau-éthylène glycol. L'état des couches déposées a été suivi par microscopie à balayage (MEB).
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Ouf, François-Xavier. "Caractérisation des aérosols émis lors d'un incendie." Rouen, 2006. http://www.theses.fr/2006ROUES003.
Abstract:
Ce travail porte sur la caractérisation des particules de suie présentes dans les zones de fumées de flammes de diffusion turbulentes surventilées. Trois combustibles ont été étudiés : acétylène, toluène et PolyMethylMethacrylate. La granulométrie des suies a été mesurée en ligne après dilution, avec une discussion sur la réponse des dispositifs métrologiques dans le cas d'agrégat de morphologie fractale. La dimension fractale et le préfacteur ont été déterminés à partir des analyses de clichés de microscopie électronique. La masse volumique effective des agrégats a de plus été déterminée à l'aide d'une analyse en série de leurs diamètres de mobilité électrique et aérodynamique. L'indice optique des particules de suie a ensuite été calculé pour deux longueurs d'onde (632 et 1064 nm) en utilisant une méthode d'inversion s'appuyant sur les mesures précédentes et celles des coefficients expérimentaux d'extinction et de diffusion vertical-vertical. Les résultats obtenus sont apparus cohérents entre les trois combustibles et des valeurs moyennes d'indice ont été établies (m=1. 56-0. 61. I à 632 nm et m=1. 71-0. 86. I à 1064 nm)This work deals with the characterization of soot particles present in the plumes of highly ventilated turbulent diffusion flames. Three fuels have been studied: acetylene, toluene and PolyMethylMethacrylate. The size distribution of soot particles was measured on line after dilution, with a discussion about the response of the metrological devices to fractal aggregates. The fractal dimension and the prefactor have been determined from electronic microscopy micrographs analysis. The effective density of the soot aggregates has been also determined by a serial analysis of their electrical mobility and aerodynamic diameters. Then the refractive index of soot particles has been computed at two wavelengths (632 and 1064 nm) by an inversion method based on previous measurements and on measurements of extinction and vertical-vertical scattering coefficients. Results obtained for the three fuels appeared to be consistent with each other and mean values of refractive indices have been established (m=1. 56-0. 61. I and m=1. 71-0. 86. I at 1064 nm)