Dissertations / Theses: 'Complete combustion'

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Zhu, Guanghui. "Kinetics of complete methane oxidation on palladium model catalysts." Link to electronic thesis, 2004. http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/etd-0128104-105806/.

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Abstract:

Thesis (Ph. D.)--Worcester Polytechnic Institute.
Keywords: deactivation; hysteresis; kinetics; structure sensitivity; methane oxidation on palladium. Includes bibliographical references (p. 150-158).

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de, Rooy S. C. "Improved efficiencies in flame weeding." Lincoln University, 1992. http://hdl.handle.net/10182/18.

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Abstract:

Possible areas of improving the efficiencies of the Lincoln University flame weeder are identified and investigated. The Hoffmann burner initially used in the Lincoln University flame weeder was found not to entrain sufficient air to allow complete combustion of the LPG used. A new burner, the Modified Lincoln University burner, was designed to improve the entrainment of air. Results show that the new design entrained sufficient air to theoretically allow complete combustion of the LPG, and this resulted in a 22.7% increase in heat output per Kg of LPG used over the Hoffmann burner. Temperature x time exposure constants required to kill weeds 0 - 15, 15 - 30, and 30 - 45 mm in size, were found to be respectively 750, 882, and 989 degrees Celsius.Seconds. These constants can be used to calculate the maximum speed of travel an operator can use a flame weeder at, once the temperature profile underneath its shields are established at various travel speeds, and therefore ensure that the flame weeder is used at its maximum efficiency. The constants can also be used to establish the cost efficiency of any flame weeder (in $/Ha), depending on the size of the weeds to be treated. The materials and methods used in establishing the temperature x time exposure constants can be used to establish the temperature x time exposure constant of any weed species at any size.

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Nguyen, Linh A. "The effect of complexes on combustion." Thesis, Aston University, 1993. http://publications.aston.ac.uk/9694/.

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Abstract:

The twin goals of low and efficient fuel use and minimum emissions are increasingly being addressed by research in both the motor and the catalyst industries of the world. This study was designed to attempt to investigate these goals. For diesel engine vehicles, this can be achieved by improving the efficiency of the fuel combustion in the combustion chamber. By having a suitable oxidation catalyst in the fuel one would expect the efficiency of the fuel combustion to be increased and fewer partial oxidation products to be formed. Also by placing a catalyst converter in the exhaust system partial oxidation products may be converted to more desirable final products. Finally, in this research the net catalytic effect of using an additive treated fuel and a blank ceramic monolith to trap the metal in the exhaust gases for potential use as catalytic converter was investigated. Suitable metal additives must yield a stable solution in the fuel tank. That is, they should not react with the air, water and rust that are always present. The research was targeted on the synthesis of hydrocarbon-soluble complexes that might exhibit unusually slow rates of ligand substitution. For materials containing metal ions, these properties are best met by using multi-dentate ligands that form neutral complexes. Metal complexes have been synthesised using acetylacetone derivatives, schiff base ligands and macrocyclic polyamine ligands, as potential pro-oxidant additives. Their thermal stabilities were also investigated using a differential thermal analysis instrument. The complexes were then investigated as potential additives for use in diesel fuel. The tests were conducted under controlled conditions using a diesel combustion bomb simulating the combustion process in the D.I. diesel engine, a test bed engine, and a vehicle engine.

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Versaevel, Philippe. "Combustion laminaire diphasique : étude théorique et expérimentale." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0484.

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Abstract:

Ce travail s’inscrit dans le cadre de recherches visant à améliorer les modèles de combustion turbulente diphasique. L’étude a consisté à analyser finement d’un point de vue théorique et expérimental la structure de deux types de flammes monodimensionnelles diphasiques laminaires : la flamme de prémélange non-étirée et la flamme de diffusion à contre-courant. Pour ces deux types de flammes, nous nous sommes attachés dans un premier à vérifier la validité de notre modélisation sur les flammes monophasiques. Grâce à une méthode originale de remaillage dynamique, des calculs en chimie complexe ont pu être réalisés sur les deux flammes diphasiques étudiées. En ce qui concerne les flammes de prémélange diphasiques, les courbes donnant la vitesse de flamme en fonction de la richesse pour différents diamètres de gouttes ont pu être obtenues numériquement, ainsi que l’extinction des flammes de prémélange riches. Les résultats obtenus sont en bon accord avec les mesures disponibles. En ce qui concerne les flammes de diffusion monophasiques, de nombreuses mesures d’extinction ont été réalisées pour différentes pressions et richesses pour valider notre code. Enfin, les limites d’extinction des flammes de diffusion diphasiques ont été obtenues numériquement en chimie complexe. Les calculs ne sont pas en bon accord avec les mesures. L’origine de ce désaccord semble provenir de la modélisation de la trainée des gouttes. Cette hypothèse est renforcée par des mesures de Vélocimétrie Laser Doppler de phase.

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Lecocq, Guillaume. "Approches hybrides combinant chimie complexe, description statistique et densité de surface de flamme pour la simulation aux grandes échelles de l'auto-inflammation, l'allumage par bougie et la flamme de prémélange dans les moteurs à allumage commandé." Phd thesis, INSA de Rouen, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00561996.

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Abstract:

Cette thèse propose une modélisation aussi générique que possible de la combustion dans les moteurs automobiles dans un cadre de simulation aux grandes échelles. Une première étude aborde la fermeture du terme de transport non résolu pour la flamme de prémélange. Par la suite, un couplage entre les modèles ecfm-les et pcm-fpi est proposé et validé pour intégrer les effets de chimie complexe à la simulation de la flamme de prémélange. Ce travail est étendu par l'adjonction de modélisations spécifiques à l'allumage par bougie et de l'auto-inflammation, toujours en intégrant les effets de chimie détaillée. Des calculs d'application aux combustions anormales dans les moteurs à allumage commandé concluent ce travail.

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Meynet, Nicolas. "Simulation numérique de la combustion d'un propergol solide." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066605.

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Bénard, Pierre. "Analyse et amélioration d'une chambre de combustion centimétrique par simulations aux grandes échelles." Thesis, Rouen, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAM0018/document.

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Abstract:

Réaliser un système de combustion à petite échelle reste aujourd’hui un défi. L’augmentation du rapport surface/volume favorise les pertes thermiques, contribue à la diminution du temps de séjour et limite la turbulence. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes physiques intervenant dans un brûleur centimétrique tourbillonnaire de 8 x10 x 8 mm3 (millimètre cube) et mettre au point des outils numériques adaptés. L’écoulement réactif méthane/air est étudié au moyen de simulations numériques LES. La combustion ne consomme pas l’intégralité du carburant, entraînant un rendement de combustion de l’ordre de 50% et d’importantes émissions de polluants. Le deuxième objectif est d’adapter les performances de ce brûleur. L’enrichissement en hydrogène a montré une amélioration sensible du rendement et une réduction des émissions polluantes. Plusieurs configurations géométriques de la chambre ont aussi été étudiées, ce qui a permis de dégager des axes d’améliorations
Designing a meso-scale combustion system remains a challenging scientific and technological issue. Increasing the surface-to-volume ratio promotes wall heat losses, reduces the residence time and turbulence intensity. The main objective of this thesis is to understand the physical phenomena involved in the centimetre-sized asymmetric whirl cubic burner of 8 x 10 x 8 mm3 (millimètre cube) and develop specific adapted numerical tools. The methane/air reactive flow is studied using detailed LES. While fuel and air are injected separately, combustion takes place in the premixed regime. However combustion is far from being complete, causing low combustion efficiency and significant emissions of pollutants. The second objective is to adapt in the best possible way the performances of this burner. Hydrogen enrichment of the fuel mixture showed significant efficiency enhancement and reduced pollutant emissions. Several other combustor geometries are also studied, paving the way for future improvement

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Ben, Dakhlia Rafik. "Combustion stationnaire et instationnaire de mélanges diphasiques." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2001. http://www.theses.fr/2001ECAP0859.

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Abstract:

Les travaux réalisés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension de la combustion stationnaire et instationnaire de mélanges diphasiques en prenant en compte une cinétique chimique complexe et des propriétés de transport détaillées. On présente d’abord différentes modélisations des milieux polyphasiques réactifs pour établir à partir d’un cadre cinétique une approche originale « multirayons ». Ce cadre formel est d’abord utilisé pour étudier numériquement les flammes de diffusion à contre-courant diphasiques et les flammes prémélangées planes non-étirées. Ces travaux ont permis des études paramétriques montrant d’une part que la fonction donnant l’évolution du taux de dégagement de chaleur en fonction de l’étirement est linéaire pour des flammes diphasiques, alors qu’elle suit la forme de la racine carrée de l’étirement pour les flammes gazeuses. D’autre part, des études paramétriques de flammes prémélangées diphasiques où l’on a fait varier la richesse, la fraction liquide de combustible injecté et la taille des gouttes montrent les différences importantes entre les flammes diphasiques et les flammes gazeuses. L’analyse porte ensuite sur l’évaporation d’une goutte isolée en prenant en compte l’effet Soret. On étudie l’impact de la diffusion multiespèce sur les flammes diphasiques à contre-courant et on montre que la prise en compte de l’effet Soret est nécessaire pour prédire correctement des flammes laminaires diphasiques lorsque le rapport massique combustible/diluant est important. Des simulations numériques directes de mélanges turbulents avec brouillards de gouttelettes sont ensuite effectuées et permettent de montrer que les gouttes sont rapidement convectées dans les zones où la vorticité est minimale. Cette partie doit être vue comme une première contribution à la compréhension des phénomènes instationnaires en combustion turbulente diphasique. Enfin, la dernière partie de l’étude concerne la simulation numérique directe d’une flamme prémélangée de méthanol en prenant en compte une cinétique chimique complexe et des propriétés de transport détaillées. On donne notamment une première simulation de l’interaction entre une paire de tourbillons contra-rotatifs et la flamme.

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Vincent, Stéphane. "Modélisation de l'allumage en milieu turbulent avec chimie complexe." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES049.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude par simulation numérique de l'interaction qui existe entre les phénomènes turbulents et les phénomènes chimiques ayant lieu en combustion et en particulier durant les premiers instants de celle-ci. Le cas général est celui des gaz parfaitement prémélangés. Cette étude se fait par une approche basée sur les fonctions de densité de probabilité (PDF) couplée à des cinétiques chimiques complexes. Cette étude a été effectuée dans deux situations distinctes. Dans un premier temps l'étude est effectuée lorsque la combustion a lieu par auto-inflammation dans un mélange d'hydrogène et d'air a permis la mise en évidence, avec une méthode relativement simple à mettre en œuvre, des relations fortes entre les différentes espèces chimiques en cours de combustion. Ensuite cette étude a été effectuée dans le cas de l'allumage par étincelle de mélanges hydrogène-air et heptane-air en utilisant un modèle d'allumage ou l'étincelle est représentée par un dépôt d'énergie de durée finie et dans un volume fini. Le couplage de ce modèle d'allumage avec une cinétique chimique détaillée a permis la prédiction de limite d'inflammation. Le mémoire présente d'abord des rappels de la théorie de la combustion turbulente, différents types de modélisation et, en particulier, l'approche de la PDF. Puis une revue critique de modèles d'allumage par étincelle est effectuée et le modèle utilisé est présenté. Une description des méthodes de réductions des schémas numériques est proposée ainsi que le choix des cinétiques chimiques utilisées. Une étude de l'auto-allumage turbulent de mélange d'hydrogène-air est alors effectuée et dans la dernière partie l'étude de l'allumage turbulent par étincelle est effectué.

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Obounou, Marcel. "Modélisation de la combustion turbulente non prémélangée avec prise en compte d'une cinétique chimique complexe." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUE5011.

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Abstract:

Après une étude bibliographique des principaux mécanismes cinétiques globaux de la combustion du méthane, une description des modèles de combustion turbulente pour les flammes de diffusion est faite. Une amélioration du modèle lagrangien de combustion turbulente M. I. L. Est proposée à travers un calcul de délais d'ignition. Ce calcul utilise un mécanisme global de six réactions à dix espèces. Une bibliothèque de délais d'ignition est donc établie pour être utilisée dans le code de calcul Cora. Ce code utilise une méthode numérique de type différences-finies. Par ailleurs, un modèle k- standard permet de calculer les évolutions des variables dynamiques. La validation du modèle M. I. L. Avec la prise en compte d'une bibliothèque de délais d'ignition, a été faite sur une expérience de flammes de diffusion turbulente, qui présentent des zones d'extinction partielles et des zones de réallumage. Un bon accord est observé entre les calculs et les mesures des vitesses longitudinales et de l'énergie cinétique de turbulence. Le modèle k- reproduit relativement bien le champ turbulent. Les zones d'extinctions partielles et de réallumages sont retrouvées par les calculs. Tous ces résultats de calculs tendent à montrer que le modèle M. I. L. , doté d'une bibliothèque de délais d'ignition est capable de simuler de manière satisfaisante, le couplage entre la turbulence et la chimie dans les flammes turbulentes non prémélangées

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Belhalfaoui, Sami. "Structure de flammes laminaires et diagnostics optiques : étude numérique et expérimentale." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2000. http://www.theses.fr/2000ECAP0731.

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Abstract:

Dans ce mémoire sont analysées les sources d'erreur dans les comparaisons calcul/mesures en conbstion laminaire. On se place tout d'abord du point de vue du calcul seul et on étudie la sensibilité de la simulation aux constantes de la cinétique chimique et du transport dans un flamme de diffusion H2/air. On examine ensuite l'effet au niveau de modélisation rentenu pour le transport des espèces, dans des flammes de diffusion H2/air, CH4/air et C3H8/air. La diffusion thermique multicomposants a un impact fort sur l'étirement d'extinction de ces flammes, en particulier lorsque le combustible y est dilué. On s'intéresse ensuite à l'émission sontanée OH* et CH* de flammes de méthane (prémélange et diffusion), et on compare des signaux expérimentaux (locaux et intégrés) et des signaux synthétiques obtenus en ajoutant au modèle de chimie complexe un sous-modèle pour l'émission spontanée. Si les signaux locaux semblent mal se recouper, les signaux globaux calculés et mesurés, en revanche, sont en bon accord qualitatif. La simulation de l'absoption du rayonnement OH* à l'aide d'un modèle raie par raie, montre l'importance de ce phénomène à haute pression et explique une partie de l'écart quantitatif entre calcul et mesures. Enfin on traite des signaux expérimentaux (diffusion Rayleigh, absoption OH et LIF OH linéaire) obtenus sur des flammes à contre-courant H2/air, CH4/air et C3H8/air. Des modèles spécifiques (sections efficaces de diffusion Rayleigh ou module LASKIN décrivant la spectroscopie LIF de OH) permettent alors, à partir de calculs en chimie complexe, de reconstituer des grandeurs locales directement comparables à l'expérience. Grâce à la bonne similitude entre signaux simulés et mesurés on est en mesure de situer les limites des hypothèses de post-traitement.

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Affad, El Houssin. "Modélisation de la combustion turbulente dans les moteurs à allumage commandé avec prise en compte d'une cinétique complexe. Prédiction des polluants." Rouen, 1995. http://www.theses.fr/1995ROUES011.

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Abstract:

Les travaux de modélisation de la combustion et des phénomènes chimiques dans les moteurs à combustion interne revêtent une grande importance pour la prédiction des polluants chimiques (CO, NOx) émis par les moteurs à allumage commandé. Dans les codes de calcul complet existants pour prédire l'aérodynamique interne des chambres de combustion (Kiva, Speed,) la chimie est traitée de façon très simplifiée et donne des prédictions très approximatives des espèces principales. Le but de cette thèse était de: choisir après une série de validations, un schéma cinétique réduit fiable dans le domaine de fonctionnement d'un moteur à allumage commandé (haute pression et température). Réaliser un couplage entre un modèle utilisant des pdf présumées et un modèle eulérien-lagrangien pour la modélisation de la combustion turbulente, puis implanter ce modèle dans le code Kiva II. Des comparaisons des résultats numériques avec des résultats expérimentaux concernant la propagation d'une flamme en milieu confiné machine à compression rapide (expérience de l'arc-moteur) et les émissions des polluants émis par un moteur à allumage commandé ont été satisfaisantes

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Dulbecco, Alessio. "Modeling of Diesel HCCI combustion and its impact on pollutant emissions applied to global engine system simulation." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0015/document.

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Abstract:

La législation sur les émissions de polluants des Moteurs à Combustion Interne (ICEs) est de plus en plus contraignante et représente un gros défi pour les constructeurs automobiles. De nouvelles stratégies de combustion telles que la Combustion à Allumage par Compression Homogène (HCCI) et l’exploitation de stratégies d’injections multiples sont des voies prometteuses qui permettent de respecter les normes sur les émissions de NOx et de suies, du fait que la combustion a lieu dans un mélange très dilué et par conséquent à basse température. Ces aspects demandent la création d’outils numériques adaptés à ces nouveaux défis. Cette thèse présente le développement d’un nouveau modèle 0D de combustion Diesel HCCI : le dual Combustion Model (dual - CM). Le modèle dual-CM a été basé sur l’approche PCM-FPI utilisée en Mécanique des Fluides Numérique (CFD) 3D, qui permet de prédire les caractéristiques de l’auto-allumage et du dégagement de chaleur de tous les modes de combustion Diesel. Afin d’adapter l’approche PCM-FPI à un formalisme 0D, il est fondamental de décrire précisément le mélange à l’intérieur du cylindre. Par consequent, des modèles d’évaporation du carburant liquide, de formation de la zone de mélange et de variance de la fraction de mélange, qui permettent d’avoir une description détaillée des proprietés thermochimiques locales du mélange y compris pour des configurations adoptant des stratégies d’injections multiples, sont proposés. Dans une première phase, les résultats du modèle ont été comparés aux résultats du modèle 3D. Ensuite, le modèle dual-CM a été validé sur une grande base de données expérimentales; compte tenu du bon accord avec l’expérience et du temps de calcul réduit, l’approche présentée s’est montrée prometteuse pour des applications de type simulation système. Pour conclure, les limites des hypothèses utilisées dans dual-CM ont été investiguées et des perspectives pour les dévélopements futurs ont été proposées
More and more stringent restrictions concerning the pollutant emissions of Internal Combustion Engines (ICEs) constitute a major challenge for the automotive industry. New combustion strategies such as Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) and the implementation of complex injection strategies are promising solutions for achieving the imposed emission standards as they permit low NOx and soot emissions, via lean and highly diluted combustions, thus assuring low combustion temperatures. This requires the creation of numerical tools adapted to these new challenges. This Ph.D presents the development of a new 0D Diesel HCCI combustion model : the dual Combustion Model (dual−CM ). The dual-CM is based on the PCM-FPI approach used in 3D CFD, which allows to predict the characteristics of Auto-Ignition and Heat Release for all Diesel combustion modes. In order to adapt the PCM-FPI approach to a 0D formalism, a good description of the in-cylinder mixture is fundamental. Consequently, adapted models for liquid fuel evaporation, mixing zone formation and mixture fraction variance, which allow to have a detailed description of the local thermochemical properties of the mixture even in configurations adopting multiple injection strategies, are proposed. The results of the 0D model are compared in an initial step to the 3D CFD results. Then, the dual-CM is validated against a large experimental database; considering the good agreement with the experiments and low CPU costs, the presented approach is shown to be promising for global engine system simulations. Finally, the limits of the hypotheses made in the dual-CM are investigated and perspectives for future developments are proposed

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Tillou, Julien. "Développement d'une modélisation basée sur la tabulation de schémas cinétique complexe pour la simulation aux grandes échelles (LES) de l'autoflammation et de la combustion turbulente non prémélangée dans les moteurs à pistons." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00826178.

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Abstract:

Dans un contexte où les questions environnementales et énergétiques ont une importance capitale, les constructeurs automobiles sont fortement poussés à développer des moteurs à combustion interne toujours plus économes et moins polluants. Pour le développement de procédés de combustion innovants et l'amélioration de leur compréhension, la simulation aux grandes échelles apparaît comme un outil prometteur. Ce travail de thèse traite du développement et de la validation d'un modèle pour la simulation aux grandes échelles de la combustion Diesel. Le modèle ADF-PCM, basé sur la tabulation de flammes de diffusion approchées auto-inflammantes étirées et permettant la prise en compte d'une cinétique chimique détaillée, est utilisé dans ces travaux. Le modèle ADF est tout d'abord introduit. Il permet d'approximer des flammes de diffusion laminaires à partir de flammelettes dont les termes chimiques proviennent de calculs de réacteurs homogènes. La première étape de ces travaux consiste à valider ces flammes de diffusion approchées dans des configurations proches de celles observées dans les moteurs Diesel. Le modèle ADF-PCM, initialement développé dans un formalisme RANS, est ensuite étendu à un formalisme LES pour des écoulements diphasiques et intégré dans le code LES compressible AVBP. Un modèle de stratification en température ainsi que les termes de couplage avec la phase liquide décrite par un formalisme Eulérien sont développés. Le modèle ADF-PCM est ensuite validé sur deux expériences de sprays Diesel en enceinte fermée. Il permet une bonne reproduction des résultats expérimentaux en termes de délai d'auto-inflammation, de dégagement de chaleur et de hauteur d'accrochage de la flamme. Les prédictions du modèle ADF-PCM sont ensuite comparées avec celles d'autres modèles faisant différentes hypothèses simplificatrices par rapport à la structure de flamme et la stratification en sous-maille de la fraction de mélange. Les résultats obtenus à l'aide de ces différents modèles soulignent la nécessité de la prise en compte de ces effets, même pour des résolutions spatiales fines. Finalement, des comparaisons entre les résultats expérimentaux et la simulation sont réalisées avec le modèle ADF-PCM pour différents taux de gaz recirculants. Celui-ci montre une reproduction qualitative de l'effet des gaz recirculants sur la combustion.

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Quilichini, Virginie. "Etude de la structure des flammes laminaires partiellement prémélangées dans une chaudière domestique modèle." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2000. http://www.theses.fr/2000ECAP0858.

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Abstract:

Le présent travail étudie et analyse la structure des flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées. L'intérêt de ces flammes réside dans le fait qu'elles sont caractéristiques de la combustion dans les chaudières domestiques. L'enjeu de la connaissance de la combustion dans de telles applications industrielles repose sur la maîtrise des émissions de polluants tels que les oxydes d'azotes qui découlent de leurs utilisations. L'analyse de ces flammes est basée sur l'étude numérique des phénomènes de combustionqui couplent la complexité des réactions chimiques à l'écoulement laminaire des gaz en interaction. Cette étude numérique est effectuée à partir du code de calcul industriel ESTET dans lequel nous avons implanté un modèle de combustion laminaire en chimie complexe. L'implantation de ce modèle a nécessité la mise en place de la cinétique chimique et de transport complexes, CHEMKIN et TRANSPORT respectivement, ainsi que par l'utilisation de mécanismes cinétiques contenant les espèces nécessaires à la combustion de méthane dans l'air en tenant compte des espèces azotées. Le code ainsi modifié a tout d'abord été utilisé dans une configuration de flamme prémélangée plate afin de valider les modifications introduites par comparaisons avec les résultats monodimensionnels du code PREMIX. Des tests de raffinements de maillage ont ensuite été réalisés sur une configuration bidimensionnelle de flamme totalement prémélangée afin de discuter de la taille minimale acceptable de maillage élémentaire à utiliser pour les calculs de flammes. Sur la base de ces validations numériques, quatre types de flammes de méthane-air laminaires partiellement prémélangées du projet européen TOPDEC on été calculées par le code ESTET. L'arrivée de l'air et du combustible se fait sur deux entrées, primaire et secondaire, dinstinctes rendant les flammes totalement ou partiellement prémélangées avec une richesse d'entrée faible ou élevée suivant les cas tout en gardant constante la richesse globale (0. 71). Trois flammes sont de type Bunsen, la dernière possède un insert placé dans le bec brûleur donnant lieu à une flamme de type flamme en V. Les résultats ont été comparés aux mesures expérimentales obtenues par différents partenaires du projet TOPDEC. Ces comparaisons ont montré la capacité prédictive et l'intérêt de l'outil numérique développé pour la chimie complexe. Nous avons, entre autres, pu prédire raisonnablement l'émission de l'oxyde d'azote dans le brûleur.

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Mehl, Cédric. "Simulation aux Grandes Echelles et chimie complexe pour la modélisation de la structure chimique des flammes turbulentes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC052/document.

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Abstract:

La Simulation aux Grandes Echelles (SGE) est appliquée à des brûleurs industriels pour prédire de nombreux phénomènes physiques complexes, tel que l’allumage ou la formation de polluants. La prise en compte de réactions chimiques détaillées est alors indispensable pour obtenir des résultats précis. L’amélioration des moyens de calculs permet de réaliser des simulations de brûleurs avec une chimie de plus en plus détaillée. La principale problématique est le couplage entre les réactions chimiques et l’écoulement turbulent. Bien que la dynamique de flamme soit souvent bien reproduite avec les modèles actuels, la prédiction de phénomènes complexes comme la formation de polluants reste une tâche difficile. En particulier, des études ont montré que l’influence du plissement de sous-maille sur la structure chimique des flammes n’était pas prise en compte de manière précise. Deux modèles basés sur le filtrage explicite des fronts de flammes sont étudiés dans cette thèse afin d’améliorer la prédiction de polluants en combustion turbulente prémélangée : (i) le premier modèle met en jeu une méthode de déconvolution des variables filtrées ; (ii) le second modèle implique l’optimisation de la chimie pour obtenir des flammes turbulentes filtrées. L’objectif de la thèse est d’obtenir une prédiction précise des polluants à coût de calcul réduit
Large Eddy Simulation (LES) is applied to industrial burners to predict a wide range of complex physical phenomena, such as flame ignition and pollutants formation. The prediction accuracy is tightly linked to the ability to describe in detail the chemical reactions and thus the flame chemical structure. With the improvement of computational clusters, the simulation of industrial burners with detailed chemistry becomes possible. A major issue is then to couple detailed chemical mechanisms to turbulent flows. While the flame dynamics is often correctly simulated with stateof- the-art models, the prediction of complex phenomena such as pollutants formation remains a difficult task. Several investigations show that, in many models, the impact of flame subgrid scale wrinkling on the chemical flame structure is not accurately taken into account. Two models based on explicit flame front filtering are explored in this thesis to improve pollutants formation in turbulent premixed combustion: (i) a model based on deconvolution of filtered scalars; (ii) a model involving the optimization of chemistry to reproduce filtered turbulent flames. The objective of the work is to achieve high accuracy in pollutants formation prediction at low computational costs

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Mauviot, Gilles. "Développement d'une modélisation phénoménologique de chambres de combustion de moteurs à piston par réduction de modèle physique 3D dans la perspective d'une intégration dans un outil de simulation système." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066634.

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Abstract:

De nos jours, les simulateurs sont communément utilisés dans les cycle de développement des moteurs modernes. Au sein de ces simulateurs, on a besoin de développer des modèles de combustion de plus en plus prédictifs avec des coûts CPU toujours réduits. Dans ce manuscrit, on décrit la mise en place d'un nouveau modèle de combustion construit à partir d'outils provenant de la modélisation tridimensionnelle. La particularité du modèle proposé ici réside principalement en deux points. Premièrement, on introduit une fonction à densité de probabilité présumée afin de caractériser une zone de combustion stratifiée en richesse. Deuxièmement, on couple cette approche avec l'utilisation d'un réacteur de chimie complexe tabulé afin de modéliser les phénomènes de flamme froide caractéristiques de modes de combustion particuliers. Le modèle de combustion est associé à un modèle de spray dont la principale fonction est de définir un volume de contrôle dans lequel prend place la combustion.

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Chalet, David. "Étude et modélisation des ondes de pression dans les géométries complexes : application à la simulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne." Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2089.

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Abstract:

Cette thèse traite des phénomènes de propagation des ondes de pression dans les systèmes d'admission et d'échappement des moteurs à combustion interne. Ces derniers sont constitués d'éléments tubulaires reliés entre eux par différents type de singularités (coude, jonction, collecteur, boîtier papillon,) qui affectent la forme des ondes engendrées par l'ouverture et la fermeture des soupapes. La démarche mise en œuvre pour comprendre et analyser les phénomènes observés consiste à améliorer le logiciel SELENDIA (développé au laboratoire) simulant le fonctionnement d'un moteur complet. L'objectif est de remplacer la méthode de vidange remplissage pour les systèmes d'admission et d'échappement par une modélisation unidimensionnelle. La première étape repose sur la détermination du schéma numérique le mieux adapté à la résolution des équations de la dynamique des gaz. Puis, chacune des singularités est caractérisée par une étude au moyen d'un code de calcul CFD accompagnée d'une validation expérimentale sur un tube à chocs. L'ensemble des modèles développés est ensuite intégré au sein du logiciel de simulation du fonctionnement des moteurs. La validation de toute la procédure est finalement réalisée par comparaison avec des mesures effectuées sur un moteur test, instrumenté spécifiquement pour cette étude. Le logiciel ainsi obtenu se présente comme un moyen d'analyse des phénomènes observés au banc d'essais, mais aussi d'assistance à la conception et à l'optimisation des moteurs à combustion interne.

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Ghilani, Mustapha. "Simulation numérique de flammes planes stationnaires avec chimie complexe." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112325.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est la résolution numérique d'un système d'équations différentielles non-linéaire décrivant une flamme plane stationnaire, avec chimie complexe et modèles de transport et de diffusion réalistes, par la méthode des éléments finis décentrés de Petrov-Galerkin. Du point de vue numérique nous montrons que l'utilisation de la méthode de Petrov-Galerkin supprime les instabilités spatiales qui apparaissent lors de l'utilisation d'un schéma centré, ce qui augmente la robustesse du schéma sans détériorer sa précision. Du point de vue mathématique nous présentons un nouveau résultat concernant l'analyse numérique des méthodes implicites utilisées pour le calcul des flammes stationnaires. Trois études ont été réalisées par cette méthode sur la flamme d'oxydation d'hydrogène dans l'air: la première sur une flamme stœchiométrique, la deuxième sur la variation de la vitesse de propagation de la flamme avec la richesse du mélange, et la troisième sur un phénomène d'extinction purement cinétique.

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Maio, Giampaolo. "Pollutant prediction in numerical simulations of laminar and turbulent flames using virtual chemistry." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC003.

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Abstract:

La CFD est aujourd’hui utilisée par les ingénieurs de recherche comme un outil numérique pour concevoir et optimiser les dispositifs de combustion avancés qui sont utilisés dans les systèmes de conversion d’énergie. L’un des principaux objectifs de la recherche, dans le développement d’outils numériques avancés pour la CFD, est l’identification d’un modèle réduite de cinitique chimique de la combustion qui reproduit la structure de la flamme et la formation de polluants avec un coût de calcul abordable. En particulier, la prédiction de la formation de polluants est une tâche difficile lorsque des flammes complexes sont rencontrées: stratification du mélange, pertes de chaleur et recirculation des gaz brûlés. Le travail de recherche mené dans cette these se concentre sur la modélisation de la formation monoxyde de carbone (CO) et des oxydes d’azote (NOx) dans des conditions de flamme complexes en utilisant une methode récemment développée et appelée chimie virtuelle: celle-ci consiste à concevoir des mécanismes réduits constitués d’un réseau d’un nombre optimisé d’espèces virtuelles interagissant via des réactions virtuelles optimisées. Dans une première étape, les mécanismes virtuels sont développés et validés dans des configurations de flammes 1-D. Dans un deuxième temps, ceux-ci sont utilisés pour calculer plusieurs configurations de flammes 2-D laminaires et 3-D turbulentes sur une large gamme de régimes de combustion: prémélangé, non prémélangé, partiellement prémélangé et non adiabatique. Les résultats obtenus sont validés avec des données expérimentales et avec des calculs inclutant une cinetique chimique détaillée
CFD is nowadays used by research engineers as a numerical tool to design and optimize advanced combustion devices that are employed in energy conversion systems. In the development of advanced numerical CFD tools, one of the main research challenges is the identification of a reduced combustion chemistry model able to find a compromise between accurate reproduction of the flame structure and pollutants formation with an affordable CPU cost. In particular, pollutants formation prediction is a difficult task when complex flame environments are encountered: flame characterized by mixture stratification, heat loss and burnt gas recirculation. The present research work focuses on the modeling of CO and NOx formation in complex flame conditions using a reduced finite rate chemistry approach. CO and NOx reduced chemistry models are here developed using the recent virtual chemistry model; it consists in designing reduced mechanisms made of a network of an optimized number of virtual species interacting through virtual optimized reactions. In the first step, the virtual chemistry mechanisms are developed and validated in 1-D flames comparing the results with detailed chemistry. In a second step, they are employed to compute several 2-D laminar and 3-D turbulent flame configurations which include different combustion regimes: premixed, onpremixed, partially-premixed and non-adiabatic conditions. The obtained results are validated either with experimental data or with detailed chemistry computations

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Melinand, Jean-Paul. "Contribution à la métrologie des écoulements complexes : application à l'étude de l'aérodynamique interne des moteurs alternatifs." Lyon 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LYO10018.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif l'etude experimentale des ecoulements complexes. Apres une analyse de sept principaux outils metrologiques, disponibles a l'heure actuelle, une attention plus particuliere est portee a l'anemometrie laser et a son application pour l'etude des moteurs alternatifs. Des resultats ont ete tout d'abord obtenus et interpretes en situation stationnaire soit avec des petits modules de vitesse (couche limite deceleree, ecoulement de coin), soit avec des effets tridimensionnels (simulation de la phase d'admission d'un moteur). Ensuite, il est montre qu'un tel outil experimental permet de mieux connaitre le comportement physique d'un ecoulement aussi complexe que celui rencontre dans les cylindres de moteurs alternatifs. Ainsi l'hypothese de rotation en bloc de l'ecoulement pour un moteur diesel est discutee et une schematisation en zones specifique est proposee

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Poisson, Lionel. "Dynamique réactionnelle de Systèmes Complexes." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00290490.

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Abstract:

La dynamique réactionnelle est l'étude du comportement d'un système moléculaire, ou d'un ensemble de systèmes atomiques et moléculaires en réponse à une excitation externe photonique ou collisionnelle. Ces excitations localisent l'énergie déposée de manière différente, et peuvent être accompagnées du réaménagement de liaisons chimiques dans la molécule. Quelque soit le mode d'excitation choisi, ces réaménagements peuvent se réaliser selon un processus soit statistique, soit impulsionnel. Dans ce dernier cas, qui intervient dans toutes les dynamiques rapides (< 10 ps), les modifications structurales de la molécule ont lieu selon le ou les quelques degrés de libertés du système concernés par le processus d'excitation. Il s'agit donc d'une évolution directe ou l'énergie n'est pas thermodynamiquement équirépartie dans tous les modes de vibration de la molécule. Un système apriori complexe peut donc, dans le cadre d'une évolution très rapide où seules quelques coordonnées sont concernées, présenter une évolution obéissant à un modèle extrêmement simplifié. La dynamique réactionnelle a donc, en soi, pour but d'isoler les coordonnées par lesquelles se propage l'énergie déposée par le processus d'excitation.
L'objectif a été d'étudier des systèmes aussi proches possibles de problématiques liées à la chimie organique. Celle-ci présente certes des molécules à squelette carboné (voir chapitre « Molécules Organiques : un pas vers la photochimie organique »), mais aussi des intermédiaires réactionnels très réactifs (voir chapitre « Composés carbonés insaturés »). Plus généralement les réactions ont lieu dans un solvant, d'où l'intérêt d'en étudier l'influence de manière quantifiée. C'est la raison pour laquelle j'ai étudié des systèmes déposés sur agrégats afin de bénéficier de la puissance des techniques de la phase gazeuse tout en utilisant un solvant modèle et modifiable à volonté (voir chapitre « Solvatation des systèmes en phase gazeuse : effets de solvant»). Naturellement, cela m'a aussi conduit à étudier préalablement un certain nombre de problématiques liées à la structure électronique des agrégats (voir chapitre « Dynamique d'agrégats purs ») et à des systèmes modèles (voir chapitres « Molécules organiques : un pas vers la photochimie organique » et « Dynamique des systèmes modèles »). L'évolution de ce programme de recherche structure mon activité et détermine mes projets scientifiques.

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Boes, Jérémy. "Apprentissage du contrôle de systèmes complexes par l'auto-organisation coopérative d'un système multi-agent : application à la calibration de moteurs à combustion." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2287/.

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Abstract:

Contrôler un système, c'est appliquer les modifications adéquates sur ses entrées de façon à le placer dans un état désiré. Les méthodes habituelles se basent majoritairement sur l'utilisation de modèles mathématiques du système contrôlé, afin de calculer les actions de contrôle à effectuer. Ces méthodes trouvent leurs limites face aux systèmes complexes, qui ont une dynamique non-linéaire, et sont souvent bruités. La construction d'un modèle est alors une tâche ardue, qui peut s'étendre sur plusieurs années. D'une part, se passer de modèle nécessite un contrôleur capable d'apprendre. D'autre part, la distribution du contrôle, c'est-à-dire l'affectation du contrôle de chaque entrée d'un système à des contrôleurs locaux, permet de s'attaquer à la complexité. Mais cela demeure un sujet de recherche actif. Les systèmes multi-agents (SMA), composés d'entités autonomes, se prêtent naturellement aux problèmes distribués et peuvent ainsi beaucoup apporter. En particulier, les systèmes multi-agents adaptatifs (AMAS) s'appuient sur l'auto-organisation des agents pour faire émerger une fonction globale adéquate. Cette auto-organisation est guidée par des principes de coopération. Un AMAS est ainsi doté de fortes capacités d'adaptation. Appliquée au problème du contrôle et de son apprentissage, cette approche conduit à la définition d'un AMAS particulier, présenté dans cette thèse. Les expérimentations, menées sur des simulations ainsi qu'en situation réelle (sur un moteur à combustion), ont montré la capacité du système à apprendre le contrôle de plusieurs entrées en fonction de critères sur plusieurs sorties, tout en étant robuste aux perturbations, et facile à instancier
Controlling a system means applying the adequate modifications on its inputs in order to put him in a desired state. Usual methods rely on mathematical models of the controlled system to compute the actions. These methods find their limits when the controlled system is complex, for instance, those with non-linear dynamics or subject to noise. Building a model of such systems is a difficult task that may take several years. On one hand, avoiding the use of a model requires a controller able to learn. On the other hand, the distribution of the control, i. E. Assigning the control of each input to a local controller, enables the control to deal with the complexity of a system. Thus, Multi-Agent Systems (MASs), which are naturally distributed, are a good alternative. In particular, Adaptive Multi-Agent Systems (AMASs) rely on the self-organization of the agents to enable the emergence of an adequate global function. This self-organization is driven by cooperation principles. Applied to the problem of learning the control, this approach leads to the definition of a specific AMAS, presented in this thesis. Experimentations, lead on a real heat engine, show the ability of the AMAS to control several inputs with several control criteria, while being robust to perturbations and easy to instantiate

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Lamarque, Nicolas. "Schémas numériques et conditions limites pour la simulation aux grandes échelles de la combustion diphasique dans les foyers d'hélicoptère." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7661/1/lamarque1.pdf.

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Abstract:

Pour réduire la consommation en carburant et respecter des normes anti-pollution toujours plus sévères, les motoristes font de plus en plus appel à la combustion prémélangée pauvre. Cependant, ce régime est enclin aux instabilités thermo-acoustiques pouvant dégrader fortement le foyer. La Simulation aux Grandes Echelles (LES) est, à cetitre, un outil présentant un grand potentiel pour une meilleure compréhension de ces phénomènes, comme l'ont montré certains travaux réalisés jusqu'à présent. Dans la majorité des applications industrielles, le carburant est injecté sous forme liquide, ce qu'il faut prendre en compte dans les simulations numériques. Cette thèse présente donc une stratégie de description de la combustion diphasique turbulente en géométries complexes, basée sur le formalisme Eulérien mésoscopique pour la phase dispersée. La discrétisation des termes convectifs constitue un des points cruciaux pour assurer la qualité d'une LES. Une description détaillée de différents schémas numériques de convection (volumes finis cell-vertex, Taylor-Galerkin) est tout d'abord fournie. On procède ensuite à une analyse théorique puis pratique des erreurs induites par ceux-ci et on propose des solutions pour les réduire. Une attention particulière est portée aux discrétisations aux bords du domaine de calcul ainsi qu'au type de conditions limites choisi. La chambre de combustion du banc expérimental MERCATO de l'ONERA sert à mettre en oeuvre, à valider et enfin à évaluer ces stratégies numériques. Enfin, trois méthodes de détermination des impédances acoustiques de conduits à section variable sont analysées et validées. Celles-ci permettent de caractériser les conditions limites d'entrée et de sortie des brûleurs industriels, en particulier pour les calculs de modes propres acoustiques.

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Menard, Olivier. "Modélisation de dynamiques complexes : des systèmes chaotiques à la description cyclique de moteurs à allumage commandé." Rouen, 2000. http://www.theses.fr/2000ROUES068.

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Abstract:

Une méthode de modélisation de flots est présentée : elle permet, à partir de la mesure de l'évolution temporelle d'une seule grandeur physique, d'obtenir un système d'équations différentielles ordinaires reproduisant l'évolution du système. Pour pouvoir tester la qualité du modèle ainsi obtenu, différentes méthodes de validation sont proposées (validation topologique, synchronisation -dont la limite d'utilisation est montrée-, densité de probabilités de visite dans une section de Poincaré, plans symboliques). De plus, une méthode robuste basée sur la localisation des zones où agissent les non linéarités permet de valider des modèles obtenus sur des systèmes de dimension supérieure à 3. Ensuite, une analyse dans un espace des phases global est proposé en réponse au problème que pose le rôle ambigu joue par le temps dans les systèmes non autonomes. Les systèmes de Rossler forcé et de Duffing sont ainsi étudiés. Par la suite, une technique de modélisation de systèmes discrets est présentée et appliquée à de nombreux systèmes théoriques et expérimentaux (courant de plasma dans une diode thermionique, électrolyse de cuivre). Enfin, les outils de la théorie des systèmes dynamiques non linéaires sont appliqués à des systèmes réels complexes : une électrolyse de nickel et la dispersion cyclique dans des moteurs à allumage commandé sont étudiées. Des caractéristiques spécifiques au fonctionnement d'un moteur en charge stratifiée sont notamment mises en évidence.

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Lamarque, Nicolas. "Schémas numériques et conditions limites pour la simulation aux grandes échelles de la combustion diphasique dans les foyers d' hélicoptère." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00410524.

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Abstract:

Pour réduire la consommation en carburant et respecter des normes anti-pollution toujours plus sévères, les motoristes font de plus en plus appel à la combustion prémélangée pauvre. Cependant, ce Régime est enclin aux instabilités thermo-Acoustiques pouvant dégrader fortement le foyer. La Simulation aux Grandes Echelles (LES) est, à ce titre, un outil présentant un grand potentiel pour une meilleure compréhension de ces phénomènes, comme l'ont montré certains travaux réalisés jusqu' à présent. Dans la majorité des applications industrielles, le carburant est injecté sous forme liquide, ce qu'il faut prendre en compte dans les simulations numériques. Cette thèse présente donc une stratégie de description de la combustion diphasique turbulente en géométries complexes, basée sur le formalisme Eulérien mésoscopique pour la phase dispersée. La discrétisation des termes convectifs constitue un des points cruciaux pour assurer la qualité d'une LES. Une description détaillée de différents schémas numériques de convection (volumes finis cell-vertex, Taylor-Galerkin)
est tout d'abord fournie. On procède ensuite à une analyse théorique puis pratique des erreurs induites par ceux-ci et on propose des solutions pour les réduire. Une attention particulière est portée aux discrétisations aux bords du domaine de calcul ainsi qu'au type de conditions limites choisi. La chambre de combustion du banc expérimental MERCATO de l'ONERA sert à mettre en oeuvre, à valider et enfin à évaluer ces stratégies numériques. Enfin, trois méthodes de détermination des impédances acoustiques de conduits à section variable sont analysées et validées. Celles-ci permettent de caractériser les conditions limites d'entrée et de sortie des brûleurs industriels, en particulier pour les calculs de modes propres acoustiques.

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Bouali, Zakaria. "Impact d'une phase liquide dispersée sur le processus d'auto-inflammation : prise en compte d'une chimie détaillée." Rouen, 2011. http://www.theses.fr/2011ROUES021.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'influence d'un spray en évaporation sur le processus d'auto-inflammation. La thématique s'inscrit dans le cadre général des systèmes industriels tels que les moteurs diesel, basés sur une combustion turbulente initiée par l'auto-inflammation d'un combustible injecté sous forme liquide. L'outil utilisé est un code de simulation numérique directe (DNS) dans lequel la phase gazeuse est résolue par une approche Eulérienne tandis que la phase liquide dispersée est modélisée par une approche Lagrangienne. Pour rendre compte du phénomène complexe d'auto-inflammation, une cinétique chimique semi-détaillée est directement résolue. Dans un premier temps, l'influence des propriétés du gaz et du liquide sur le délai d'auto-inflmammation est étudiée. Sur plusieurs configurations (réacteurs homogènes et hétérogènes, turbulence homogène isotrope), des comparaisons entre auto-inflammation en milieu diphasique et auto-inflammation purement gazeuse mettent en évidence les modifications induites par le spray en évaporation. L'accent est mis sur la localisation des zones les plus réactives et sur l'existence d'une forte corrélation entre les zones à faible dissipation scalaire et les sites les plus favorables à l'auto-inflammation. Dans un second temps, le modèle de tabulation chimique FPI (Flame Prolongation of IDLM) basé sur la fermeture des taux de réaction à partir de fractions massiques des espèces tabulées a été implanté pour évaluer sa capacité à reproduire les résultats obtenus par l'approche chimie complexe. Les comparaisons avec la chimie complexe résolue ont été effectuées sur des cas homogènes et des cas turbulents en présence de gouttelettes. Il s'avère que la présence d'un spray évaporant modifie fortement les processus d'évolution de la chimie rendant difficile l'utilisation de tabulations "a priori"
This thesis discusses the influence of spray evaporation in the autoignition process. This research topic is a key component of the Industrial Systems Framework such as diesel engines and similar processes based on turbulent combustion initiated by autoignition of a fuel / air mixture prepared by injection of a liquid fuel. We used a Direct Numerical Simulation (DNS) code in which the gas phase is solved by an Eulerian approach, while the dispersed liquid phase is modelled by a Lagrangian approach. To account for autoignition complex phenomena, a skeletal chemical kinetic is directly resolved. In the first part of this work, the influence of gas and liquid properties on the autoignition delay was studied. On several configurations (homogeneous and heterogeneous reactors, homogeneous isotropic turbulence), comparisons between diphasic autoignition and purely gaseous autoignition highlight the impact of the evaporating spray. The emphasis is on the location of the moist reactive zone and the existence of a strong correlation between regions of low scalar dissipation and the most favourable autoignition sites. In the second part, a tabulated chemistry model FPI (Flame of Prolongation LMDL) based on the closure of reaction rates from tabulated species mass fractions was implemented to evaluate the ability to reproduce results obtained by the complex chemistry approach. Comparisons with the resolved complex chemistry were performed on homogeneous and turbulent cases with the presence of droplets. It turns out that the presence of an evaporating spray strongly modifies the chemistry evolution process making it difficult to use "a priori" tabulations

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Lucile, Floriane. "Etude thermodynamique des équilibres liquide-vapeur des systèmes complexes CO2-eau-impuretés à haute pression. Expérimentation et modélisation." Thesis, Pau, 2012. http://www.theses.fr/2012PAUU3042/document.

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Abstract:

Le dioxyde de carbone, provenant de la combustion d’énergies fossiles, est l’un plus important gaz à effet de serre. La réduction des émissions de CO2 à l’atmosphère s’imposant, une solution consiste en la capture et la séquestration du CO2 par oxy-combustion. Avant l’étape de séquestration, le CO2 doit être purifié. Les procédés de séparation des gaz nécessitent une bonne connaissance des propriétés thermodynamiques des équilibres entre phases. C’est pourquoi un nouvel appareil expérimental, permettant l’étude de la solubilité d’un mélange de gaz (CO2, O2, NOx, SO2) dans des solutions aqueuses, a été développé. Dans un premier temps, l’étude du système CO2-eau a permis de valider l’appareil expérimental pour les domaines de température et de pression de l’étude (293 ,15-393,15 K, jusqu’à 5 MPa). Ensuite, les données sur le système CO2-eau-NaOH étant rares dans la littérature, ce système a été étudié. Les données expérimentales obtenues ont été comparées à un modèle développé dans l’étude. Les modèles de coefficient d’activité de Pitzer et de NRTL électrolyte sont comparés. La dernière étape de l’étude est l’optimisation des paramètres du modèle NRTL-e par ajustement sur les données expérimentales
Production of carbon dioxide from burning fossil fuel participates in the global warming. This issue generates a growing interest for CO2 capture and storage from oxy fuel combustion. Before the sequestration step, the CO2 has to be purified from impurities. Separation processes require a good knowledge of thermodynamics properties of phase equilibria. In this context a new experimental device was designed and set up in the LaTEP to allow the study of the solubility of gas mixture involved in CO2 capture and storage processes (CO2, O2, NOx, SO2). The apparatus was, first, validated by studying the CO2-water system in the temperature range from 293.15 K to 393.15 K and at pressure up to 5 MPa. Then, the CO2-water-NaOH was studied because few data are available in the scientific literature. Experimental data obtained was compared with a model developed in this work. This model is based on a thermodynamic description of physical chemical phenomena occuring in a vapour liquid system. Two model of activity coefficient are compared (Pitzer and electrolyte-NRTL). The last step of this study is the parameter optimization for e-NRTL

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Duboc, Bastien. "Modélisation hybride de la chimie pour la simulation numérique de la combustion." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMIR23/document.

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Abstract:

Malgré l'augmentation constante des ressources informatiques dédiées au calcul scientifique, simuler des écoulements réactifs mettant en jeu une chimie complexe reste aujourd'hui encore un véritable challenge. L'objectif de cette thèse est le développement de la méthode Hybrid Transported-Tabulated Chemistry (HTTC), destinée aux simulations DNS/LES de flammes avec des mécanismes cinétiques détaillés, en offrant un temps de calcul acceptable. Cette nouvelle approche consiste à transporter les espèces majoritaires de l'écoulement, tandis que les espèces minoritaires sont extraites d'une table chimique. La méthode HTTC a été implémentée dans un code DNS/LES et validée sur des flammes 1D de méthane et de kérosène, mettant en évidence une réduction extrêmement importante du temps de calcul, comparé aux solveurs classiques de chimie détaillée. HTTC a ensuite été mis en œuvre avec succès sur des flammes triples de méthane en présence de forts gradients de fraction de mélange. L'impact des méthodes choisies pour prolonger la table chimique et pour calculer les variables de contrôle, utilisées pour paramétrer la table, a été étudiée avec une attention particulière. Un très bon accord a été trouvé avec les résultats de référence, obtenus avec un solveur de chimie détaillée
Even if significant progress is being made to improve the power of high-performance computers, the numerical simulation of reactive flows involving complex chemistry is still a challenging task. The objective of this work is the development of the Hybrid Transported-Tabulated Chemistry method (HTTC), designed for the DNS/LES simulations of flames with detailed kinetic mechanisms, with an acceptable cost. This novel approach combines the transport of the main species in the flow with the tabulation of the radical species. It has been implemented in a DNS/LES code and validated on 1D methane and kerosene flames. The cost of the simulations has been considerably decreased, compared to classic detailed chemistry solvers. Then, simulations of methane edge flames, featuring large gradients of mixture fraction, have been performed with HTTC. In particular, the impact of the methods used to extend the chemical tables and to compute the control variables have been analyzed in details. A very good agreement has been found by comparison with detailed chemistry

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Trillat, Jean-Frédéric. "Réduction de NO par CO sur catalyseurs bimétalliques Pd-Mn : application à la conversion de mélanges complexes en post-combustion automobile (moteurs à essence)." Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10029.

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Abstract:

Des catalyseurs pd-mn supportes sur silice ont ete prepares par impregnation des bis-acetylacetonates de pd et mn dissous dans le toluene. Les precurseurs impregnes ont ete etudies par xrd et exafs ; il a ete montre que seuls les composes mn adsorbes perdent un ligand acetylacetone. Apres impregnation, les ligands organiques sont elimines par decomposition sous ar a 773 k. Le tem montre que ce traitement conduit a la formation de petites particules metalliques, bien dispersees sur le support. Cependant la spectroscopie ir indique que du carbone reste sur le metal. De ce fait, il est preferable de calciner a 723 k puis reduire sous h#2 a 873 k ces precurseurs impregnes. Les analyses tem-edx montrent que les particules metalliques ont une large distribution de diametre. Les mesures exafs indiquent que de 20 a 30% du mn sont incorpores au pd sous forme d'une solution solide, le reste etant disperse sous forme oxyde sur la silice. La surface des alliages, etudiee par leis, est enrichie en mn. La theorie ainsi que l'adsorption de co suivie par spectroscopie ir, predisent que ces atomes sont localises de preference sur les sites de faible coordination. Ces catalyseurs bimetalliques utilises comme catalyseurs trois voies presentent une amelioration de la reactivite pour la conversion co/no compares au pd pur. En presence de melanges plus complexes contenant o#2 et hydrocarbure, le meme effet de synergie est observe. Les explications evoquees sont que les proprietes electroniques du pd sont modifiees par effet d'alliage, mais egalement que de nouveaux sites actifs sont crees. Les proprietes chimisorptives des alliages pd-mn sont modifiees, compares aux metaux purs. En effet, la spectroscopie ir montre que no est preferentiellement adsorbe sous forme inclinee sur l'alliage, ce qui favorise la dissociation de la molecule. L'augmentation d'especes isocyanates sur les catalyseurs bimetalliques confirme cette chimisorption dissociative

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Stalcup, Erik James. "Numerical Modeling of Upward Flame Spread and Burning of Wavy Thin Solids." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1417797653.

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Kashinath, Karthik. "Nonlinear thermoacoustic oscillations of a ducted laminar premixed flame." Thesis, University of Cambridge, 2013. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/264291.

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Abstract:

Finding limit cycles and their stability is one of the central problems of nonlinear thermoacoustics. However, a limit cycle is not the only type of self-excited oscillation in a nonlinear system. Nonlinear systems can have quasi-periodic and chaotic oscillations. This thesis examines the different types of oscillation in a numerical model of a ducted premixed flame, the bifurcations that lead to these oscillations and the influence of external forcing on these oscillations. Criteria for the existence and stability of limit cycles in single mode thermoacoustic systems are derived analytically. These criteria, along with the flame describing function, are used to find the types of bifurcation and minimum triggering amplitudes. The choice of model for the velocity perturbation field around the flame is shown to have a strong influence on the types of bifurcation in the system. Therefore, a reduced order model of the velocity perturbation field in a forced laminar premixed flame is obtained from Direct Numerical Simulation. It is shown that the model currently used in the literature precludes subcritical bifurcations and multi-stability. The self-excited thermoacoustic system is simulated in the time domain with many modes in the acoustics and analysed using methods from nonlinear dynamical systems theory. The transitions to the periodic, quasiperiodic and chaotic oscillations are via sub/supercritical Hopf, Neimark-Sacker and period-doubling bifurcations. Routes to chaos are established in this system. It is shown that the single mode system, which gives the same results as a describing function approach, fails to capture the period-$2$, period-$k$, quasi-periodic and chaotic oscillations or the bifurcations and multi-stability seen in the multi-modal case, and underpredicts the amplitude. Instantaneous flame images reveal that the wrinkles on the flame surface and pinch off of flame pockets are regular for periodic oscillations, while they are irregular and have multiple time and length scales for quasi-periodic and chaotic oscillations. Cusp formation, their destruction by flame propagation normal to itself, and pinch-off and rapid burning of pockets of reactants are shown to be responsible for generating a heat release rate that is a highly nonlinear function of the velocity perturbations. It is also shown that for a given acoustic model of the duct, many discretization modes are required to capture the rich dynamics and nonlinear feedback between heat release and acoustics seen in experiments. The influence of external harmonic forcing on self-excited periodic, quasi-periodic and chaotic oscillations are examined. The transition to lock-in, the forcing amplitude required for lock-in and the system response at lock-in are characterized. At certain frequencies, even low-amplitude forcing is sufficient to suppress period-$1$ oscillations to amplitudes that are 90$\%$ lower than that of the unforced state. Therefore, open-loop forcing can be an effective strategy for the suppression of thermoacoustic oscillations. This thesis shows that a ducted premixed flame behaves similarly to low-dimensional chaotic systems and that methods from nonlinear dynamical systems theory are superior to the describing function approach in the frequency domain and time domain analysis currently used in nonlinear thermoacoustics.

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Viretto, Amandine. "Influence de la morphologie sur la dégradation thermique et le comportement au feu de formulations polymères complexes en vue d'applicationsen en câblerie." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20045.

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Abstract:

La câblerie est un secteur industriel gros consommateur de polymères. Dans ce domaine, les normes imposent cependant de limiter le risque incendie et donc d'ignifuger les matériaux polymères utilisés, sources importantes de combustibles. De nombreux travaux ont porté sur leur ignifugation par utilisation d'additifs retardateurs de flammes, mais peu d'entre eux ont étudié l'influence de la morphologie des mélanges polymères chargés sur la stabilité thermique et le comportement au feu. Cette thèse fait suite à un précédent projet qui avait démontré une influence significative de la morphologie sur le comportement au feu d'un mélange polymère binaire (PC/PBT). Elle a pour but d'améliorer la compréhension de cette influence dans le cas de formulations plus complexes (ternaires ou quaternaires) à matrice éthylène méthylacrylate (EMA). Pour cela, la première stratégie adoptée a été l'identification d'un système ignifugeant comprenant un polyester capable de charbonner lors de l'ajout d'un RF. Une fois ce système identifié (PBT+MDH), il a été incorporé en matrice EMA en faisant varier la composition et la morphologie (dispersion sélective, taille des particules…). Cette approche a mis en évidence des différences significatives entre les différentes formulations et des résultats très intéressants ont été obtenus en termes de réaction au feu à l'échelle laboratoire. Cependant, le passage à l'échelle pilote (test de propagation de flamme) n'a pas permis de valider ces formulations pour des applications câbles. Au vu de ces constatations, une dernière partie a été proposée pour essayer d'améliorer la cohésion du résidu par ajout de polyphosphate d'ammonium
The cable industry is a major consumer of industrial polymers. In this area, the standards impose to limit the fire risk and thus to enhance the fireproof of the polymeric materials which are important sources of fuel. Many studies have focused on their flame retardancy by using additive flame retardants, but few of them have studied the influence of the morphology of filled polymer blends on the thermal stability and the fire behavior. This thesis follows a previous project which demonstrated a significant influence of the morphology on the fire behavior of a binary polymer blend (PC / PBT). It aims to improve the understanding of this influence in the case of more complex formulations (ternary or quaternary) with ethylene methylacrylate (EMA) matrix. The first strategy was the identification of a flame retardant system including polyester that is able to char when a flame retardant is added. Once the system is identified (PBT + MDH), it was incorporated in EMA matrix by varying the composition and the morphology (selective dispersion, particle size ...). This approach showed significant differences between the different formulations and very interesting results have been obtained in terms of fire reaction at the laboratory scale. However, the scale-up approach (flame spread test) did not validate these formulations for cables applications. Therefore, the last part has been proposed to try to improve the cohesion of the residue by adding ammonium polyphosphate

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Margerit, Jonathan. "Modélisation et Simulations Numériques de la Propagation de Feux de Forêts." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003730.

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Abstract:

La prédiction de la propagation des feux de forêts consiste à trouver l'évolution du front du feu. Cette thèse reprend le modèle monodimensionnel de propagation du feu sous forme d'ellipses de Richards afin de trouver l'expression intrinsèque de la vitesse de ce front. Une formulation équivalente variationnelle de ce modèle en utilisant les principes de l'optique géométrique est aussi dérivée. Un modèle tridimensionnel de la propagation du feu grâce à une homogénéisation par prise de moyennes et à l'utilisation de la thermodynamique des processus irréversibles est alors obtenu. Une simplification de ce modèle, suivie d'une réduction bidimensionnelle sur la surface gauche du sol, nous conduisent alors à un modèle bidimensionnelle, qui tient compte des principaux paramµetres de la propagation des feux de forêts. Celui-ci permet d'obtenir des formes de corrélations utilisées par le modèle des ellipses. Le caractère non local de l'intervention du flux radiatif en provenance de la zone en feu qui se trouve au-dessus de la végétation est alors introduit. Des simulations numériques, de ce modèle bidimensionnel de propagation du feu avec terme de rayonnement non local, ont enfin été réalisées.

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Le, Maître Johann. "Développement de la spectrométrie de masse à ultra- haute résolution associée à la spectrométrie de mobilité ionique pour la caractérisation de coupes pétrolières lourdes. structural analysis of heavy oil fractions afterr hydrodenitrogenation by high-resolution tandem mass spectrometry and ion mobility spectrometry Structural analysis of neutral nitrogen compounds refractory to the hydrodenitrogenation process of heavy oil fractions by high-resolution tandem mass spectrometry and ion mobility-mass spectrometry Chemical characterization of 15 biocrudes obtained from hydrothermal liquefaction of industrially cultivated wild micro algae Chemical characterization with different analytical techniques, a way to understand the process: Case of the paraffinic base oil production line Exploring complex mixtures by cyclic ion mobility high-resolution mass spectrometry – Application towards Petroleum. Simulation and modeling of Collision Cross Section for structural elucidation of heavy oil fraction by ion mobility-mass spectrometry: Using polyaromatic hydrocarbons compounds mixture as calibration standard Characterization of sulfoxides compounds in dimeric distribution of heavy oil fractions by positive-ion electrospray ionization FTICR mass spectrometry Structural analysis of Petroporphyrins from asphaltene by trapped ion mobility coupled with a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer. Cyclic ion mobility spectrometry coupled to high-resolution time-of-flight mass spectrometry equipped with atmospheric solid analysis probe for the molecular characterization of combustion particulate matter. Structural study of analogues of Titan’s haze by trapped ion mobility coupled with a Fourier transform ion cyclotron mass spectrometer." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR051.

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Abstract:

L'évolution des réserves de pétrole implique l'utilisation en raffinerie de pétroles bruts non conventionnels, bien souvent plus lourds et donc difficiles à caractériser. Les produits pétroliers sont en effet des mélanges chimiques extrêmement complexes. La partie légère et volatile peut être analysée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC/MS), permettant l'identification des composés par l'utilisation de mesures de masses précises et de modèles de fragmentation. Cependant ces techniques sont inadaptées à l'analyse des fractions lourdes. Dans la pratique, la caractérisation des mélanges les plus complexes implique l'utilisation de spectromètres de masse à ultra-haute résolution généralement par analyse directe sans séparation chromatographique. La technique de référence est aujourd’hui la spectrométrie de masse à transformée de Fourier par résonance cyclotronique des ions (FTICR). Grâce à une résolution supérieure à 106 et à une précision de mesure de masse inférieure à 0,1 ppm, cet instrument permet de séparer toutes les espèces présentes dans un produit pétrolier et d'attribuer à chaque valeur de m/z une composition élémentaire unique. Ceci permet d'obtenir très facilement des cartes moléculaires qui peuvent être présentées graphiquement en utilisant le diagramme de Kendrick, le diagramme de van Krevelen ou le nombre d'insaturations (DBE) en fonction du nombre de carbones. Ce travail de thèse a permis grâce à la caractérisation moléculaire de produits pétroliers (Vacuum Gas Oil, Pétroles Bruts, Matériel Interfacial, Asphaltènes et Bio-Oil…) d'aborder la complexité de leur traitement dans l’outil de raffinage. Des protocoles d'analyses des échantillons ont été développés, à l'aide de différentes sources d'ionisation à pression atmosphérique (ESI, APCI et APPI) ainsi que par désorption/ionisation laser (LDI) sur le spectromètre de masse FTICR 12T. Les informations sur le contenu isomérique des produits pétroliers ont ensuite été déterminées grâce à l'apport de la spectrométrie de mobilité ionique (IMS)
The evolution of oil reserves requires the use in refineries of unconventional crude oils, which are often heavier and therefore difficult to characterize. Petroleum products are in fact extremely complex chemical mixtures. The light and volatile part can be analysed by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS), allowing the identification of compounds by using precise mass measurements and fragmentation models. However, these techniques are inappropriate for the analysis of heavy fractions. In practice, the characterization of the most complex mixtures involves the use of ultra-high-resolution mass spectrometers generally by direct analysis without chromatographic separation. The reference technique today is Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FTICR). With a resolution of more than 106 and a mass measurement accuracy of less than 0.1 ppm, this instrument can separate all the species present in a petroleum product and assign a unique elemental composition to each m/z value. This makes it very easy to obtain molecular maps that can be presented graphically using the Kendrick diagram, the van Krevelen diagram or the number of unsaturations (DBE) as a function of the number of carbons. This thesis work has allowed thanks to the molecular characterization of petroleum products (Vacuum Gas Oil, Crude Oil, Interfacial Material, Asphaltenes and Bio-Oil...) addressing the complexity of their treatment in the refining tool. Protocols for sample analysis have been developed, using different sources of ionization at atmospheric pressure (ESI, APCI and APPI) as well as laser desorption/ionization (LDI) on the FTICR 12T mass spectrometer. Information on the isomeric content of petroleum products was then determined using ion mobility spectrometry (IMS)

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ŠEBA, Jaroslav. "Studium zplodin vznikajících hořením vybraných látek." Master's thesis, 2012. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-119518.

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Abstract:

The topic of my diploma thesis draws on my bachelor thesis, which described combustion products of selected substances in the complete combustion. The diploma thesis focused on the incomplete combustion in the same substances to make a comparison possible. In the chapter on the substances selected for burning, the substances were described theoretically first. Further, the burning was carried out, the products that came into being were collected into collection bags and sent to the laboratory of the Institute of Population Protection in Lázně Bohdaneč to be analysed. After receiving the records all possible effects on human health were carried out, and the results were compared with those of the bachelor thesis. The analyses showed that carbon monoxide and sulphur dioxide appeared in all analyses, while the remaining substances differed to a minimum extent, however, they are in much higher concentrations than in the perfect combustion. I added two more substances that had not been in my bachelor thesis to those that were burnt, but in the course of two years their application became a common practice, and they play an increasingly more significant role in our life. The task of the chapter dealing with the detection technique was to find out and describe the possibilities of the commander in detecting the combustion products directly on the spot of the actual operation in the shortest possible time, to enable him to propose the protection of the firemen, and possibly to establish the possibilities of taking samples, transport to the laboratory, conducting a laboratory analysis and establishing the approximate time when he could obtain the first sampling results. All of this was focused on the possibilities of the Fire Rescue Service of the Region of South Bohemia (HZS JčK). The next chapter concerned their colleagues of the Fire Rescue Service of the Region of South Bohemia in České Budějovice, in which a questionnaire investigation was focused on them, identical with that of my bachelor thesis. As I had succeeded in including the results of my bachelor thesis into a training course, I wondered whether the knowledge would improve or not. After a comparison with the results from my bachelor thesis with the new ones the conclusions turned out to be favourable, and suggested in which way the training courses - not only for the professional units - should proceed. The results of the new questionnaire investigation, which showed an improvement, should form a basis of a campaign focusing on the non-professional public, which should be acquainted with what they breathe in the event that they burn vast variety of waste. I believe that results would be achieved even here in the form of a deeper knowledge and a better quality of the air we breathe.

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Smith, Keith Cameron. "Coupled Dynamic Analysis of Flow in the Inlet Section of a Wave Rotor Constant Volume Combustor." 2011. http://hdl.handle.net/1805/2969.

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Abstract:

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)
A wave rotor constant volume combustor (WRCVC) was designed and built as a collaborative work of Rolls Royce LibertyWorks, Indiana University-Purdue University at Indianapolis (IUPUI), and Purdue University, and ran experimental tests at Purdue's Zucrow Laboratories in 2009. Instrumentation of the WRCVC rig inlet flow included temperature and pressure transducers upstream of the venturi and at the fuel delivery plane. Other instrumentation included exhaust pressures and temperatures. In addition, ion sensors, dynamic pressure sensors, and accelerometers were used to instrument the rotating hardware. The rig hardware included inlet guide vanes directly in front of the rotating hardware, which together with concern for damage potential, prevented use of any pressure transducers at the entrance to the rotor. For this reason, a complete understanding of the conditions at the WRCVC inlet is unavailable, requiring simulations of the WRCVC to estimate the inlet pressure at a specific operating condition based on airflow. The operation of a WRCVC rig test is a sequence of events over a short time span. These events include introduction of the main air flow followed by time-sequenced delivery of fuel, lighting of the ignition source, and the combustion sequence. The fast changing conditions in the rig inlet hardware make necessary a time-dependent computation of the rig inlet section in order to simulate the overall rig operation. The chosen method for computing inlet section temperature and pressure was a time-dependent lumped volume model of the inlet section hardware, using a finite difference modified Euler predictor-corrector method for computing the continuity and energy equations. This is coupled with perfect gas prediction of venturi air and fuel flow rates, pressure drag losses at the fuel nozzles, pressure losses by mass addition of the fuel or nitrogen purge, friction losses at the inlet guide vanes, and a correlation of the non-dimensional flow characteristics of the WRCVC. The flow characteristics of the WRCVC are computed by varying the non-dimensional inlet stagnation pressure and the WRCVC's operational conditions, assuming constant rotational speed and inlet stagnation temperature. This thesis documents the creation of a computer simulation of the entire WRCVC rig, to understand the pressure losses in the inlet system and the dynamic coupling of the inlet section and the WRCVC, so that an accurate prediction of the WRCVC rotor inlet conditions can be computed. This includes the computational development of the WRCVC upstream rig dynamic model, the background behind supporting computations, and results for one test sequence. The computations provide a clear explanation of why the pressures at the rotor inlet differ so much from the upstream measured values. The pressure losses correlate very well with the computer predictions and the dynamic response tracks well with the estimation of measured airflow. A simple Fortran language computer program listing is included, which students can use to simulate charging or discharging of a container.

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Dissertations / Theses on the topic 'Complete combustion'

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