Dissertations / Theses: 'Suies de combustion'

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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.

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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 transitoires
Soot 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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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.

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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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Collura, Salvatore. "Réactivité des suies diesel en atmosphères oxydantes." Metz, 2004. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2004/Collura.Salvatore.SMZ0410.pdf.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse était d'étudier la réactivité des suies d'échappement d'un véhicule diesel sous atmosphère oxydante. Les suies diesel présentées ici proviennent de deux lots obtenus sur un même banc moteur. Cette étude s'inscrit dans un projet intitulé " modélisation d'un filtre à particule catalysé " pour lequel plusieurs laboratoires (LTAC Metz, LRS Paris VI et LCA Saint-Avold) associés à Renault SA ont collaboré. Tout d'abord les échantillons de suies ont été caractérisés par diverses techniques analytiques. C'est ainsi que nous avons pu déterminer les caractéristiques structurales et chimiques des suies ainsi que leur comportement thermique. Nous avons aussi mis en évidence l'existence d'interactions entre les suies et les composés adsorbés à leur surface lors de traitement thermique en atmosphère inerte (formation d'une couche carbonée microporeuse). Concernant la réactivité des suies non catalysée sous air, les paramètres cinétiques ont été déterminés grâce à des analyses thermogravimétriques. Quel que soit l'échantillon de suie utilisé, les valeurs obtenues pour la combustion de la matrice carbonée des suies sont proches (Ea = 140-170 kJ. Mol-1, n ~ 0,25, nO2 ~ 0,72). Ni la quantité de fraction organique soluble (FOS), volatile (FOV), ni les inclusions minérales et le traitement thermique ne semblent avoir d'influence sur les paramètres cinétiques de la combustion des suies. L'effet d'un catalyseur de type Pt/ZrO2-CeO2 sur l'oxydation des suies sous air et sous un mélange contenant 10 % d'oxygène et 700 ppm de NO2 dans l'argon a été étudié en thermobalance. En présence de catalyseur, l'énergie d'activation diminue et l'ordre de la réaction par rapport à la masse de suie augmente. Il y a un changement de mécanisme de réaction. Dans le cas de la réaction sous air, il semble que le contact entre les suies et le catalyseur soit nécessaire alors qu'en présence de NO2 le catalyseur est actif même sans contact. Enfin, la formation d'intermédiaires réactionnels (R-NOx) créés lors de la réaction des suies et du NO2 a été mise en évidence par thermogravimétrie. La nature de ces composés a été déterminée par spectroscopie infrarouge en réflexion diffuse en accord avec les résultats de la littérature. Des mécanismes possibles de formation et de décomposition de ces espèces ont été proposés grâce à l'analyse des gaz émis lors de la réaction suies-NO2 et la thermodésorption des R-NOx et R-Ox formés
The main objective of this thesis was to study the reactivity of diesel exhaust soot under oxidizing conditions. The two studied diesel soot are collected from the same motor bench. This survey appears in a project titled "modelling of a catalysed diesel particulate filter" in which several laboratories (LTAC Metz, LRS Paris VI and LCA Saint-Avold) had collaborated with an industrial partner (Renault SA). Firstly, the soot samples have been characterized by various analytic techniques in order to determine their structural and chemical characteristics as well as their thermal behaviour. We also put in evidence the existence of an interaction between soot and adsorbed compounds during thermal treatment in inert atmosphere (formation of a microporous carbonaceous layer). Concerning the reactivity of non catalysed soot under air, the kinetic parameters have been determined thanks to thermogravimetric analyses. The values obtained for the combustion of the carbonaceous matrix are near for all soot samples (Ea = 140-170 kJ. Mol-1, n ~ 0. 25, nO2 ~ 0. 72). Nor the quantity of soluble organic fraction (SOF), volatile organic fraction (VOF), the mineral inclusions and the thermal treatment seems to influence the combustion process. The effect of a Pt/ZrO2-CeO2 catalyst on the oxidization of soot under air and under a mixture containing 10 % of oxygen and 700 ppm of NO2/Ar has been studied by thermogravimetry. For the catalysed reaction, the activation energy decreases and the order of the reaction of soot (n) increases. There is a change of reaction mechanism. In the case of the reaction under air, it seems that contact between soot and catalyst is necessary whereas in presence of NO2 the catalyst is active even without contact. Finally, the formation of the reaction intermediates (R-NOx) created during the reaction of soot with NO2 has been put forward by thermogravimetry. The nature of these compounds has been determined by infrared spectrometry in agreement with the literature results. Some possible formation and decomposition mechanisms of these species have been proposed thanks to the analysis of gases obtained during soot-NO2 reaction and the thermodesorption of the R-NOx and ROx formed

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Martinot, Stéphane. "Développement d'un modèle de suies pour la modélisation multidimentionnelle des polluants dans les moteurs diesel." INSA de Rouen, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAM0009.

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Abstract:

Les constructeurs automobiles doivent faire face à des normes anti-pollution de plus en plus sévères et dans des délais de plus en plus courts. Les particules émises par les moteurs Diesel font partie des polluants réglementés. Le recours à des outils d'aide à la conception de moteurs devient de plus en plus fréquent et nécessaire. Ce travail s'inscrit dans ce cadre et consiste en un développement d'un modèle de formation et d'oxydation des suies Diesel qui sera intégré dans un code de calcul 3D moteur. La difficulté de la modélisation de la combustion dans de tels codes provient du fait que la structure de la zone réactionnelle est sous-résolue par le maillage. Habituellement, des hypothèses de type flammelettes ou, à l'opposé, de type réacteur homogène sont faites sur la structure de sous-maille. La nouveauté apportée au cours de ce travail est qu'une réponse couplée flammelettes / réacteur homogène est apportée pour décrire la structure de la zone réactionnelle. Le passage d'un modèle à l'autre se fait naturellement via une comparaison entre un temps caractéristique chimique et un temps caractéristique de la turbulence. Ce nouveau modèle est validé dans des configurations simplifiées mais représentatives des conditions thermodynamiques rencontrées dans un moteur Diesel. La structure du nuage de suie calculée par le nouveau modèle reproduit de façon satisfaisante ce qui est observé expérimentalement. Cependant, le manque de données quantitatives ne permet pas de valider complètement le modèle. Ce dernier est également utilisé pour une étude paramétrique sur un moteur Diesel de série. Les tendances sur les émissions de suies mesurées sont bien reproduites par le modèle.

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Dorey, Luc-Henry. "Modélisation des phénomènes couples combustion-formation des suies-transferts radiatifs dans les chambres de combustion de turbine à gaz." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00731144.

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Abstract:

Pour concevoir des foyers aéronautiques plus fiables et moins polluants, les industriels ont de plus en plus recours à des simulations numériques s'appuyant sur de nombreux modèles physiques. Si l'on s'intéresse en particulier aux problématiques des charges thermiques pariétales et des émissions polluantes, la modélisation des phénomènes couplés de combustion, de formation des suies et de transfert radiatif est nécessaire. Ainsi, cette thèse a pour objectif de développer une méthodologie permettant de simuler ces phénomènes couplés de manière instationnaire, dans un foyer représentatif des systèmes industriels. Un modèle de formation des suies simple et robuste, à caractère empirique, a d'abord été mis au point sur une configuration de flamme 1D laminaire prémélangée. Ce modèle a été choisi car, étant compatible avec des mécanismes réactionnels globaux, il est bien adapté aux simulations instationnaires en géométrie complexe. Dans un deuxième temps, il a été appliqué à la simulation instationnaire de l'écoulement turbulent réactif diphasique dans un foyer doté d'un prototype d'injecteur industriel. Les niveaux de température obtenus ainsi que la topologie du champ de fraction volumique de suies ont été comparés aux résultats expérimentaux. Les écarts constatés ont été analysés et des corrections ont été proposées. Enfin, une stratégie de couplage entre l'approche LES (Large Eddy Simulation) et un outil de simulation des transferts radiatifs basé sur la méthode de Monte Carlo a été mise au point et éprouvée sur le foyer étudié. L'écoulement apparaît peu affecté par le rayonnement, mais en revanche, les transferts radiatifs ont un impact relativement important sur les flux reçus par les parois

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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.

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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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Bouvier, Yoann. "Caractérisation de suies et de précurseurs de suies dans des flammes par incandescence induite par laser." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Bouvier.pdf.

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Abstract:

Les suies sont des particules carbonées notamment formées dans des flammes riches, à l'échappement des moteurs diesel ou des moteurs aéronautiques. Leur nocivité est principalement due à leur faible dimension et à la présence d'Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) adsorbés sur leur surface. Les HAP sont également directement impliqués dans le processus de formation des suies lors des étapes de nucléation des particules et de croissance de surface. Au cours de ce travail, un brûleur de laboratoire capable d'enflammer tous types d'hydrocarbures gazeux ou liquides a été développé. Les différents fuels sont injectés au centre d'un brûleur à flamme plate modifié afin de générer des flammes "jet" axisymétriques. Les flammes étudiées sont des flammes de diffusion de méthane et des flammes acétylène / air prémélangées de richesse 2,9 et 3,5 stabilisées à pression atmosphérique. Ce brüleur est destiné à fournir des données expérimentales par diagnostic laser (fraction volumique, indice de réfraction de suies, concentration des HAP). Les suies produites dans ces flammes peuvent être également collectées sur l'axe du brüleur à différentes hauteurs en vue d'analyses ex-situ portant sur la nature des HAP adsorbés. Les analyses par diagnostic laser reposent sur un couplage entre la technique d'Incandescence Induite par Laser (LII) et la mesure du temps de déclin d'une cavité optique (CRDS). Une étude fondamentale du phénomène LII est menée par l'intermédiaire de l'analyse des effets de bord, c'est -à -dire l'élargissement du volume d'émission avec l'augmentation de l'énergie laser
Cette étude a été effectuée de manière originale en utilisant un profil de faisceau laser gaussien et en comparant la détection "classique" à angle droit à la détection dans le sens contraire à la propagation du faisceau (rétro-LII) Cette comparaison a permis de valider un dispositif de mesure de fraction volumique de suies par rétro-LII à l'échappement des moteurs. Une méthode expérimentale de détermination de révolution de la fonction d'indice de réfraction E(m) avec la longueur d'onde est proposée par comparaison des signaux LII obtenus en utilisant des longueurs d'onde d'excitation dc 532 nm et 1064 nm. Une validation de la méthode est effectuée par comparaison avec des mesures d'extinction obtenues par mesure du temps de déclin d'une cavité optique (CRDS) aux mêmes longueurs d'onde. La structure des flammes "jet" supports a été étudiée par couplage de l'Incandescence Induite par Laser des suies et de la Fluorescence Induite par Laser des HAP à 532 nm (LII / LIF). La calibration des fractions volumiques de suies est effectuée par mesure du temps de vie d'une cavité optique à 1064 nm. Des cartographies suies / HAP sont ainsi obtenues dans une flamme de diffusion de méthane et dans les deux flammes de prémélange. La sensibilité des techniques mises en œuvre permet de détecter de très faibles teneurs en suies (< 1 ppb). Une méthode novatrice de mesure de la vitesse des particules de suie dans les flammes est également proposée

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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.

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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’oxygène
The 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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Ait, Ali Yahia Lyes. "Etude expérimentale de l’influence de la morphologie des agrégats de suies sur leur comportement thermophorétique." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1081.

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Abstract:

L’objectif principal de ce travail de recherche est d’améliorer les connaissances concernant l’influence de la morphologie de particules issues de combustion sur leur comportement thermophorétique. A cet effet, un dispositif tri-therme (3T) original permettant le dépôt par thermophorèse de ce type de particules a été développé. Cet instrument est composé de trois tubes concentriques, permettant la création d’un espace annulaire où un gaz chargé en particules est injecté. Le tube interne est refroidi et le tube externe est chauffé, créant ainsi un gradient de température dans l’espace annulaire. Les particules se déposent donc par effet thermophorétique sur la paroi froide du tube interne du dispositif. Ce dernier est basé sur la méthode dite de pénétration, où des mesures de concentrations à l’amont et à l’aval du dispositif permettent l’évaluation de l’efficacité de dépôt par effet thermophorétique. Un modèle du rendement de dépôt développé dans cette étude a permis par la suite de calculer le coefficient de diffusion thermophorétique Kth. Afin de valider la mise en œuvre de ce dispositif expérimental, nous avons évalué les coefficients Kth de billes de latex monodispersées et de deux types de brouillards d’huiles mono et polydispersés. Le bon accord trouvé entre ces valeurs du coefficient Kth et celles déterminées par le modèle de Beresnev et Chernyak ou par des études expérimentales antérieure, a permis la validation du dispositif 3T. Nous avons par la suite appliqué le dispositif avec des agrégats de suies de morphologie et de nature physico chimique variables. Les résultats obtenus mettent en évidence l’augmentation du coefficient de diffusion thermophorétique avec le nombre de particules primaires, et donc avec la taille de l’agrégat, confirmant ainsi les résultats obtenus par Mackowski et Brugière. Une confrontation entre les coefficients de diffusion thermophorétique Kth obtenus pour les différents types d’agrégats a été proposée. Cette confrontation a permis de dégager des tendances vis-à-vis de l’influence de la taille des particules primaires, de la dimension fractale Df et du ratio EC/TC sur le comportement thermophorétique des agrégats de suies
The main objective of this study is to improve the knowledge about the morphological influence of fractal aggregates on their thermophoretic behavior. For this purpose, an original tri thermal device aimed to capture this kind of particles by thermophoresis deposition was developed. This device is composed of three concentric tubes where particles flows through an annular space between the inner and outer tubes with imposed temperatures, the inner one is cooled and the outer is heated. Particles will deposit by thermophoresis on the cold wall of the inner tube. This device is based on the so called penetration method, where the deposition rate on a cold wall is obtained by particles concentrations measurements upstream and downstream of the test section. A deposition model developed in this study allowed us to determine the thermophoretic diffusion coefficient Kth. We validated the tri thermal device using monodispersed spherical latex particles and also mono and polydispersed spherical oil particles distributions. Indeed, a good agreement was found between our experimental determination of the thermophoretic diffusion coefficient and the theoretical values of Beresnev and Chernyak and also experimental results of the litterature. We finally conducted a study where we applied the device with soot aggregates that have variable morphology and physicochemical nature. This study confirmed the results presented by Mackowski and Brugière about the increase of the aggregates thermophoretic diffusion coefficients Kth with the primary particle number and therefore with the electrical mobility diameter. A confrontation between the coefficients Kth of the different types of aggregates allowed us to find an influence of the primary particles diameter, the fractal dimension Df and also the ratio EC/TC on the thermophoretic behavior of soot aggregates

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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.

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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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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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Mechati, Bennaga Fatiha. "Etude du couplage entre diffusion et réaction de l'oxygène ou du dioxyde d'azote pendant la combustion d'un lit de suies." Mulhouse, 2006. http://www.theses.fr/2006MULH0831.

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Abstract:

Pour modéliser la régénération du filtre à particules, la diffusivité de l'oxygène ou du dioxyde d'azote (De,O2 ou De,NO2) au sein de l'empilement d'un lit de suies doit être estimée. La détermination de cette diffusivité est difficile dans des milieux poreux réactifs. Dans le but d'évaluer la diffusivité de l'oxygène ou du dioxyde d'azote au sein d'un lit de suies à la température à laquelle a lieu la réaction, une " méthode indirecte " a été développée. Deux techniques expérimentales sont employées : la technique du lit fixe traversé où le transport diffusif ne limite pas la vitesse de combustion, permettant une étude cinétique, et la thermogravimétrie où cinétique et transport diffusif sont couplés. La détermination des paramètres cinétiques à partir des expériences en lit fixe traversé permet, par modélisation du couplage entre réaction et transport en thermogravimétrie, d'extraire les paramètres concernant le transport diffusif
Diffusivity of oxygen or nitrogen dioxide (De,O2 or De,NO2) in the soot bed has to be known in order to simulate the regeneration of a particulate filter. In reactive porous materials, the diffusivities are difficult to estimate. An "indirect method" has been developed to evaluate, at the reaction temperature, oxygen or nitrogen dioxide diffusivity in a soot bed. Two experimental techniques have been used: the fixed bed technique where the diffusion does not influence the combustion rate, and the thermogravimetry where kinetics and diffusive transport are coupled. Kinetic parameters are determined by the fixed bed technique. Modelling of the coupling between kinetics and transport within the bed of soot in the thermobalance allows the determination of the unknown diffusion coefficients

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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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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.

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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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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.

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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 combustion
In 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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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.

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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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Gueniche, Hadj Ali. "Compréhension de la formation des suies : étude de la combustion de précurseurs des cycles aromatiques en flamme laminaire prémélangée." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2007. http://www.theses.fr/2007INPL027N/document.

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Abstract:

Les suies et les hydrocarbures polyaromatiques, qui sont émis à l’échappement des moteurs Diesel, constituent une part importante de la pollution urbaine. Depuis plusieurs années, de nombreuses recherches ont permis de progresser dans le domaine de la cinétique de la combustion des hydrocarbures qui est maintenant relativement bien connue. Il reste néanmoins des zones d’ombre concernant la formation des composés aromatiques (benzène, toluène,…) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dont la formation provient d’espèces composées de deux à six atomes de carbone et qui mènent directement ou indirectement à la formation des suies.L’allène, le propyne, le butadiène et le cyclopentène sont des produits intermédiaires importants de la combustion dans les moteurs. Dans ce contexte, ce travail de thèse a permis de mieux comprendre les voies réactionnelles importantes dans la formation du benzène et du toluène. Le chapitre I de ce mémoire présente une revue bibliographique des travaux antérieurs sur l’oxydation du méthane, de l’allène, de propyne, de 1,3-butadiène et du cyclopentène. Le chapitre II présente une description détaillée du montage expérimental utilisé durant cette étude afin d’étudier la structure de la flamme laminaire de prémélange. Les chapitres III, IV et V présentent les résultats expérimentaux obtenus en flamme laminaire de prémélange, ainsi qu’une comparaison avec des simulations effectuées à l’aide de mécanismes réactionnels élaborés durant ce travail de thèse
Soots and polyaromatic hydrocarbons (PAH), which are present in the exhaust gas of diesel engines, represent a large part of the urban pollution. Many efforts have then been focused on reducing the emissions of these compounds. The formation of soot precursors and PAH in combustion involves small unsaturadted hydrocarbons the chemistry of which is still very uncertain. Allene, propyne, 1,3-butadiene and cyclopentene are intermediate products in the combustion in cars engines. This work has led to a better understanding of several important paths in the formation of benzene and toluene. The chapter I of this report presents a bibliographic review of former work on the oxidation of methane, allene, propyne, 1,3-butadiene and cyclopentene. Chapter II gives a detailed description of the experimental set up used during this work to study the structure of the premixed flat laminar flames. Chapters III, IV and V present our experimental results obtained in laminar premixed flat flames and also the comparison with simulations

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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.

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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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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.

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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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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.

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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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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.

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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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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.

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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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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.

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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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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.

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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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Cousin, Renaud. "Synthèse et caractérisation d'oxydes ternaires à base de Cuivre, Vanadium et Cérium : application à la réaction de combustion des suies." LITTORAL, 2000. http://www.theses.fr/2000DUNK0041.

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Abstract:

Dans le but d'associer les propriétés physico-chimiques et catalytiques des éléments Cuivre, Vanadium et Cérium, nous avons préparé par imprégnation, différents oxydes binaires et ternaires rassemblant ces éléments. Les solides ainsi synthétisés ont été caractérisés par les techniques suivantes : diffraction des rayons X (DRX), analyse thermique (DSC-TG), résonance paramagnétique électronique (RPE), résonance magnétique nucléaire (RMN du ⁵¹V) et spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (SPX). À hautes températures de calcination (>500°C), la formation de la phase d'orthovanadate de cérium (CeVo₄) a été observée dans le cas des oxydes ternaires Cu-V-Ce possédant une teneur en vanadium supérieure ou égale à celle du cuivre. Cette phase se forme à partir des phases d'oxyde de cérium (CeO₂) et de pentoxyde de vanadium (V₂O₅) via une étape intermédiaire dans laquelle un électron est piégé dans les matrices oxydes. La présence de vanadium dans les oxydes ternaires Cu-V-Ce permet un enrichissement de la surface en cuivre sous forme de CuO. L'imprégnation de cuivre et de vanadium sur un support cérine possédant une faible aire spécifique permet d'obtenir un catalyseur dont la surface présente une concentration élevée en phase active. Ainsi, la présence de vanadium sous forme de V₂O₅ (et non CeVo₄) améliore l'activité de la réaction de combustion du noir de carbone mais avec une formation significative de monoxyde de carbone (Co). Cependant, celle-ci est fortement atténuée par la présence de cuivre sous la forme de CuO. Les deux éléments sont donc nécessaires pour une combustion propre du noir de carbone. De plus, une étude par RPE d'une suie additivée a été réalisée. Elle révèle que la présence d'un additif au cérium dans la suie renforce les interactions entre les espèces radicalaires oxygénées ou non et le carbone. Ces espèces sont donc stabilisées par la présence de l'additif et favorisent ainsi la réactivité de cette suie.

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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.

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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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Do, Hong Quan. "Impact de l’hydrogène sur la formation des particules de suies et leurs précurseurs gazeux dans les flammes." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R046.

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Abstract:

Nos besoins énergétiques, qui augmentent de plus de 2 % chaque année à l’échelle mondiale, sont pourvus à près de 80 % par la combustion des combustibles fossiles, potentiellement générateurs de polluants nocifs pour notre santé et notre environnement, comme les particules de suie, et de composés gazeux participant au réchauffement climatique tel que le dioxyde de carbone (CO2). Aussi, afin de répondre à cette demande énergétique croissante tout en essayant d’en limiter les effets négatifs, différentes sources d’énergie alternatives sont aujourd’hui à l’étude. Parmi, ces nouvelles énergies envisagées, l’association du dihydrogène (H2) et du gaz naturel (gaz naturel enrichi par H2-GNEH) apparaît comme une solution alternative crédible tant en terme d’efficacité énergétique que sur le plan environnemental. Le travail qui a été réalisé durant cette thèse s’inscrit dans le cadre spécifique des études visant à caractériser ce type de combustible, c’est-à-dire son efficacité de combustion mais aussi, et plus particulièrement ici, l’impact de H2 en tant qu’additif, sur le processus de combustion du méthane et la formation des émissions polluantes associées. Au cours de ce travail, nous avons ainsi caractérisé l’influence de H2 à la fois sur la formation des espèces gazeuses (aliphatiques et aromatiques) dont certaines potentiellement polluantes et, la formation des espèces particulaires (suies) dans des flammes de prémélange stabilisées à pression atmosphérique pour différentes conditions de richesses. Pour ce faire, un arsenal conséquent de techniques expérimentales a été mis en œuvre afin de permettre notamment la mesure des profils de fractions molaires des espèces gazeuses (C1-C16) et celles des profils de fractions volumiques des particules de suies, ainsi que les distributions en taille des particules formées. Ces mesures ont été réalisées dans des conditions de flammes judicieusement choisies (flammes de nucléation notamment) de manière à mettre à jour des informations pertinentes et novatrices sur le rôle de H2 dans les processus de formation des suies, plus particulièrement sur le processus de nucléation caractérisant la transformation des espèces précurseuses gazeuses, potentiellement des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), en particules de suies solides. Sur la base du large panel de données expérimentales mesurées, nous proposons ainsi une discussion relative à l’impact de la richesse sur la formation des particules de suies dans les flammes de méthane et plus spécifiquement sur le processus de nucléation des particules de suie. Ce travail apparaît d’autant plus crucial que les mécanismes liés au processus de nucléation dans les flammes restent à ce jour toujours très mal connus. Par ailleurs, une partie importante de ce mémoire est consacré à l’analyse de l’impact de l’ajout de H2 sur le processus de formation des suies dans des flammes de méthane. Le travail réalisé dans cette thèse démontre de manière très claire l’influence déterminante de H2 sur la formation des HAPs et des particules de suies, influence qui se révèle intimement dépendant du processus d’ajout de l’hydrogène (addition ou substitution) au mélange des réactifs initiaux CH4/O2/N2
Our energy needs, which increase by more than 2 % each year worldwide, are provided for nearly 80 % by the combustion of fossil fuels, which potentially generate pollutants harmful to our health and environment, such as soot particles, and gaseous compounds contributing to global warming, such as carbon dioxide (CO2). Therefore, in order to meet this growing energy demand while trying to limit its negative effects, different alternative energy sources are now being studied. Among these new energies, the combination of dihydrogen (H2) and natural gas (Hydrogen-enriched natural gas-HENG) appears to be a credible alternative solution both in terms of energy efficiency and compatible with environmental constraints. The work carried out during this thesis is part of the specific framework of studies aimed at characterizing this type of fuel, i.e. its combustion efficiency but also and more particularly here the impact of H2 as an additive, on the methane combustion process and the formation of associated pollutant emissions. During this work, we have thus characterized the influence of H2 both on the formation of gaseous species (aliphatics and aromatics), some of which being potentially majors pollutants and, the formation of particulate species (soot) in rich premix flames stabilized at atmospheric pressure for different conditions of equivalence ratios and mixtures with H2. To do this, a large arsenal of experimental techniques was implemented to allow the measurement of mole fraction profiles of gaseous species (C1-C16) and those of volume fraction profiles of soot particles, as well as the size distributions of the particles formed. These measurements were carried out under carefully chosen flame conditions (nucleation flames in particular) in order to provide relevant and innovative information on the role of H2 in the soot formation process, more particularly on the nucleation process characterizing the transformation of gaseous precursor species, potentially polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), into solid soot particles.On the basis of the large panel of measured experimental data, we thus propose a discussion on the impact of equivalence ratio on the formation of soot particles in methane flames and more specifically on the nucleation process of soot particles. This work appears all the more crucial as the mechanisms related to the nucleation process in flames are still very poorly known.In addition, an important part of this thesis is devoted to the analysis of the impact of the addition of H2 on the process of soot formation in methane flames. The work carried out in this thesis demonstrates very clearly the decisive influence of H2 on the formation of PAHs and soot particles, an influence that proves to be intimately dependent on the process of introducing hydrogen (addition or substitution) to the mixture of the initial CH4/O2/N2 reagents

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Varin, Étienne. "Étude et développement du modèle de combustion turbulente PEUL : application à la prédiction de la formation des suies dans les foyers aéronautiques /." Châtillon : ONERA, 1999. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb369751073.

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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.

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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 aéronautique
This 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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Fuentes, Andrés. "Interaction entre la zone réactionnelle et le champ de concentration des suies : cas de la flamme de diffusion laminaire ausein d'une couche limite." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2346.

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Abstract:

La propagation co-courante d'une flamme de diffusion établie au sein d'une couche-limite est étudiée. Résultant principalement des perturbations induites par les forces de flottabilité à gravité terrestre, la difficulté à générer un écoulement stationnaire à faible vitesse a conduit au développement d’un dispositif expérimental permettant d'effectuer des essais dans un environnement en apesanteur. Partant d’observations expérimentales antérieures, une première approche numérique originale a été développée, démontrant d'une part l’importance du transfert radiatif sur la structure de la flamme, et d'autre part le rôle prépondérant de la suie sur le phénomène d'extinction en queue de flamme. L'influence de la vitesse de l'écoulement forcé, la teneur en oxygène de l'oxydant et la vitesse d'injection du combustible sur la géométrie de la flamme est examinée par imagerie de la chimiluminescence des radicaux CH* et OH*. L’Incandescence Induite par Laser (LII) a été adaptée au contexte de l’étude afin d’évaluer les champs de concentration de suie produite par la flamme. La formation des particules a également été corrélée à des mesures de concentration des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par Fluorescence Induite par Laser (LIF). L'interaction entre la zone réactionnelle et le champ de formation/oxydation des suies est caractérisée de sorte à analyser la longueur de la flamme résultante et à rassembler les premières données expérimentales permettant la validation complète d’une future modélisation numérique de la formation et de l’oxydation des suies au sein de ce type flamme
The concurrent spreading of a boundary layer type diffusion flame is studied. The impossibility of obtaining a low velocity laminar flow without any perturbation induced by buoyancy has lead to the development of an experimental apparatus for use in micro-gravity facilities. Based on previous experimental observations, an original numerical approach has been developed showing, first the dominating role of the radiative heat transfer on the structure of the flame and second the major role of the soot on the extinction phenomenon at the flame trailing edge. The influence of the forced flow velocity, the fuel injection velocity and oxygen concentration on the geometry of the flame has been examined by imaging of CH* and OH* radicals spontaneous emission. Laser-Induced Incandescence (LII) is used to determine the soot field concentration in the flame. The soot formation has been studied by Laser Induced Fluorescence (LIF) of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). The interaction between the reaction zone and the field of soot formation/oxidation is taken into account to analyze the flame length. These results can be used as the experimental input data for a future complete validation of numerical model simulating the soot formation and oxidation in this kind of flame

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Mourier, Louis. "Optimisation des contacts élastohydrodynamiques par la micro-texturation de surface : application aux systèmes de distribution automobile." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2007. http://www.theses.fr/2007ECDL0006.

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Abstract:

Dans les moteurs à combustion interne utilisés en compétition automobile, l'extrême sévérité des sollicitations thermomécaniques subies par les composants porte la durée de vie de certains contacts à seulement quelques heures de fonctionnement. En particulier, le système de distribution est victime d'une usure très rapide localisée à l'interface came-linguet, malgré l' action protectrice combinée d'une huile moteur spécifique et d'un revêtement. Une nouvelle augmentation des performances passe alors par l'optimisation du comportement tribologique de ce contact, lubrifié partiellement en régime élastohydrodynarnique. Ce travail vise ainsi à améliorer notre compréhension des phénomènes de lubrification générés par la micro-texturation de surface, et particulièrement pour le cas des contacts non conformes sévèrement sollicités auxquels cette technologie n'a jamais été adaptée avec succès. A cet effet, un procédé novateur de micro-texturation ultra-fine par laser femtoseconde a été mis au point et optimisé. Il a permis d’étudier l'influence de micro-géométries aux profondeurs comprises entre 30 nm et 500 nm pour la première fois, par interférométrie optique ultra-rapide au moyen d'un tribomètre élastohydrodynamique spécialement adapté. L'analyse transitoire détaillée de leur passage dans le contact EHD modèle a démontré la possibilité de générer un renforcement important de l'efficacité protectrice du film lubrifiant. La proposition d'un mécanisme de lubrification a ainsi permis de relier les conditions d'apparition de cette augmentation de portance avec la viscosité locale atteinte par le volume de fluide traversant la microgéométrie. En parallèle, l'adaptation d'un code de calcul EHD transitoire a permis de modéliser précisément le phénomène physique, et de décorréler les influences des différents, dimensions caractéristiques de la micro-géométrie et des conditions de fonctionnement de l'interface sur l'apparition et la propagation du renforcement transitoire des épaisseurs de film lubrifiant. Au final, sous l'action de sollicitations tribologiques représentatives (systèmes de districution, engrenages, …) reproduites sur tribomètres industriels, une micro-texturation de surface optimisée apporte une augmentation de performances importante, en termes de réduction du frottement et de l'usure, de charge supportée, et de durabilité, qui ouvre ainsi la porte à de nombreuses perspectives d'applications industrielles.

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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.

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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 réactive
The 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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Bejaoui, Salma. "Etude spectroscopique des suies et de leurs précurseurs par incandescence et fluorescence induite par laser." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10145.

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Abstract:

Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé plusieurs techniques d’analyse afin de déterminer différentes caractéristiques des suies et de leurs précurseurs (hydrocarbures aromatiques polycycliques : HAP) formés lors de processus de combustion. Les travaux ont été menés dans deux types de flammes atmosphériques : une flamme plate de prémélange de méthane (richesse 2,1), et une flamme de diffusion d’hydrocarbures liquides (gazole ou ester méthylique d’huile de colza) pulvérisés par un nébuliseur. Différentes techniques laser ont été mises en œuvre in situ. L’incandescence induite par laser (LII) à 1064 nm a permis d’accéder aux profils de fraction volumique de suie, à l’évolution relative du rapport des fonctions d’absorption des suies entre 266 nm et 1064 nm et enfin à la taille des particules primaires de suies à partir de l’analyse de la décroissance temporelle des signaux LII. Cette dernière détermination s’est appuyée sur une modélisation des transferts énergétiques se produisant au cours de l’interaction avec l’impulsion laser puis lors du refroidissement de la particule. Des données d’entrée de la modélisation issues d’analyses complémentaires par microscopie électronique à transmission sur des échantillons de suie prélevés dans la flamme et de mesures pyrométriques de la température de chauffe des suies, ont permis de mieux cerner l’évolution de la fonction d’absorption des suies au cours du processus de formation des suies. La fluorescence induite par laser a été appliquée à différentes longueurs d’onde d’excitation pour sonder la fluorescence des HAP le long des flammes, tant du point de vue de l’intensité que de la réponse spectrale. Nous avons montré que les HAP présents dans les flammes absorbent et fluorescent depuis l’UV jusque 680 nm. Cette fluorescence est émise par différentes familles de HAP (des plus petits aux plus gros) lorsque la longueur d’onde d’excitation augmente. Aucune fluorescence n’a pu être détectée au-delà de 680 nm. Nous avons montré que contrairement aux spectres de fluorescence décalés vers le rouge lorsque l’excitation se situe dans l’UV et le proche visible, les spectres deviennent centrés sur l’excitatrice à 532 nm et enfin comportent une composante majoritaire bleue (anti-Stokes) jusque 680nm
In this thesis, we used several techniques of analysis to determine the spectroscopic properties of soots and their precursors (the polycyclic aromatic hydrocarbons: PAH); two types of quite different atmospheric flames were investigated: a premixed flat flame of methane (equivalence ratio: 2.1) and a jet diffusion flame of liquid hydrocarbons (methyl ester of rapeseed oil or diesel fuel). We coupled optical methods in-situ (incandescence and fluorescence induced by laser, extinction, measurement of the thermal radiation by pyrometry) and of soots sampling for analysis by transmission electronic microscopy. Firstly, the premixed flame was characterized in term of soot volume fraction profiles, of temperature of soots before and during the laser excitation and distributions of monomers soot size. Confrontation between the temporal decreases of LII signals experimental and modelled (in the case of a collaboration with NRC, Canada) made it possible to better determine the evolution of the absorption function of soots during their formation. Secondly, by a non-intrusive method, the ratio of the absorption function based on our method using two excitation wavelengths (1064 nm taken as a reference) was obtained directly for 266, 355, 532 and 660nm. To finish, the fluorescence induced by laser was applied to various excitation wavelengths to probe the fluorescence of the PAH along the flames, as well for the intensity and the spectral response. We showed that the HAP absorb and fluoresce from UV to 680 nm. This fluorescence is emitted by various families of PAH (from the smaller to the larger) when the wavelength of excitation increases. With an excitation in UV, we showed that the spectra of fluorescence are shifted towards the red. For an excitation in the visible, the spectra become centered on the laser wavelength at 532 nm and then after comprise a majoritary component “anti-Stokes” when the excitation tends to 680nm

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Klein, Jennifer. "Effets de la combustion du noir de carbone sur l'adsorption des NOx sur un catalyseur quatre voies." Phd thesis, Université de Haute Alsace - Mulhouse, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00675633.

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Abstract:

Récemment, les constructeurs automobiles se sont intéressés au développement des catalyseurs appelés quatre voies, destinés à diminuer simultanément les émissions polluantes des moteurs diesels par l'intermédiaire d'un seul monolithe catalytique. Dans cet objectif, plusieurs études ont montré que la capacité de stockage des NOx de ces catalyseurs est inhibée par la présence de suies. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans la compréhension des phénomènes en cause. Les résultats obtenus montrent que la présence de noir de carbone entraîne une diminution de la stabilité des nitrates adsorbés par les systèmes catalytiques étudiés et, ainsi, de leur capacité de stockage des NOx. Ce phénomène a été attribué à une réduction des espèces nitrates adsorbées à la surface des matériaux par les particules de carbone adjacentes. La présence d'une particule Pt à proximité d'un site de carbone favorise la formation de complexes oxygénés de surface, limitant l'effet réducteur du carbone envers les nitrates adsorbés. La perte de capacité d'adsorption des NOx des catalyseurs étudiés, observée lors de leur mise en contact avec du noir de carbone, s'est révélée irréversible à l'issue de l'oxydation du carbone. La caractérisation des matériaux par microscopie à transmission (MET) a révélé une modification importante de la structure des matériaux. Un frittage des particules de platine et une modification de la structure des particules de Ba entraînent en effet la perte irréversible de l'activité des matériaux vis-à-vis de l'adsorption des NOx.

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Brugière, Edouard. "Le spectromètre thermophorétique circulaire, un nouvel instrument pour mesurer la thermophorèse : application aux agrégats de suies de morphologie fractale." Phd thesis, INSA de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00788266.

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Abstract:

Dans le but de montrer l'influence de la morphologie fractale d'un agrégat sur son comportement thermophorétique, un nouveau dispositif expérimental a été développé ; le SpectroMètreThermophorétique Circulaire (SMTC). Cet instrument permet de mesurer la vitesse moyenne de thermophorèse des particules dans une zone de sélection comprise entre une plaque chaude et une plaque froide. Pour cela, nous avons développé une fonction de transfert spécifique au principe de l'instrument sur la base des travaux existant sur les analyseurs différentiels de mobilité électrique.Une qualification expérimentale du SMTC a été réalisée avec des billes de latex monodispersées de tailles comprises entre 64 nm et 500 nm. Le bon accord entre les vitesses de thermophorèse obtenues et la théorie de Beresnev et Chernyak (1995) nous a permis de valider le fonctionnement de l'instrument.Par la suite, nous avons comparé les vitesses de thermophorèse expérimentales obtenues avec le SpectroMètre Thermophorétique Circulaire pour des particules sphériques et des agrégats produits par un générateur d'aérosol à combustion. Contrairement aux résultats obtenus avec les billes de latex, nous observons une augmentation de la vitesse de thermophorèse des agrégats avec leur diamètre de mobilité électrique.Grâce à une étude morphologique des agrégats, nous avons remarqué que la vitesse de thermophorèse est dépendante du nombre de particules primaires de l'agrégat. Ces résultats expérimentaux confirment pour la première fois les données théoriques de Mackowski (2006)obtenues par des simulations Monte-Carlo. De plus, une comparaison avec les travaux de Messerer et al. (2003) montre que la vitesse de thermophorèse des agrégats semble indépendante de la taille des particules primaires.

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Pesant, Laurie. "Elaboration d'un nouveau système catalytique à base de carbure de silicium (β-SiC) pour la combustion des suies issues des automobiles à moteur Diesel." Strasbourg 1, 2005. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2005/PESANT_Laurie_2005.pdf.

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Abstract:

Le Diesel connaît de plus en plus de succès. En effet, les moteurs Diesel sont bien connus pour leur robustesse, leur longévité mais également pour leur meilleur rendement de combustion qui implique une faible consommation de carburant. Cependant, les moteurs Diesel émettent des polluants tels que des NOx et des particules de suies. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec la société Sicat, fabricant industriel du -SiC. L'objectif est de développer une mousse de carbure de silicium (-SiC) imprégnée de platine dans le cadre d'une application pour la dépollution des suies présentes dans les gaz d'échappement de voitures particulières à moteur Diesel. En effet, le matériau -SiC présente de nombreux avantages par rapport aux supports classiques tels que l'-SiC utilisés comme filtre à particules, c'est-à-dire, une bonne conductivité thermique, une bonne résistance mécanique, une importante surface spécifique, une légèreté accrue, une tortuosité contrôlable et une facilité de mise en forme. Dans un premier temps, des tests modèles de combustion sont réalisés sur un micropilote. Ainsi en simulant les conditions de fonctionnement réelles, il est possible d'apprécier la capacité du catalyseur à brûler la suie. Ces travaux ont permis de mettre en évidence les performances du catalyseur Pt/-SiC lors de la combustion des suies. De plus, le catalyseur à base de -SiC a montré une stabilité au cours de cycles successifs de combustion contrairement à un catalyseur à base d'-SiC. En outre, une étude par XPS a permis une meilleure compréhension de l'action du catalyseur au Pt supporté sur SiC lors de la combustion des suies. Dans un second temps, des tests ont été effectués en conditions réelles sur un banc à rouleaux et ont donné lieu à des résultats prometteurs. En effet, une efficacité de filtration/combustion de l'ordre de 50 à 70% a été obtenue avec une mousse de SiC catalysée au Pt
The use of Diesel engines has greatly increased over recent years due to their reliability, durability and efficiency that implies a low fuel consumption. However, Diesel engines emit a large amount of pollutants that are NOx and soot particles. This thesis is based on the development of platinum supported on -SiC foam for oxidising particulate matter in Diesel engine exhaust gases. This work was done in collaboration with Sicat which develops silicon carbide industrial scale production. The -SiC foam presents several advantages which are a high thermal conductivity, a high mechanical strength, a medium surface area, a lightness, a high tortuosity and an easily shaping compared to the classical material (-SiC) used in particulate filter. The performance of the catalyst (Pt/-SiC) has been evaluated first in the catalytic combustion of model carbon particles. Works have showed that the -SiC is an adequate support for the catalytic combustion of model Diesel carbon particles in a continuous mode without any apparent deactivation as compared to low surface area -SiC. The high resistance towards deactivation as a function of the combustion tests on the -SiC was attributed to its peculiar surface reactivity with the deposited platinum particles which allowed the accessibility of these sites to the reactants to be maintained. In addition the catalyst performance has been tested on a real bench test. These results indicate a high catalytic volume efficiency of the catalysed foam. The filtration and combustion capacity of such a catalyst reached about 50 to 70% in number of particles

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Gallen, Lucien. "Prediction of soot particles in Gas Turbine Combustors using Large Eddy Simulation." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0058.

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Abstract:

Les futures réglementations en termes d'émission de polluants, notamment sur les particules fines (PM), qui s'appliquent aux chambres de combustion de nouvelle génération nécessitent de nouvelles approches de conception. Afin de réduire la formation des particules de suies, la compréhension des processus de formation et de transports des particules est nécessaire. La chimie et la dynamique de ces particules de suies dépendent fortement de la taille et de la morphologie de celle-ci, leur prédiction requière donc calculer la distribution en taille des particules. Pour cela, des méthodes Eulériennes sont utilisées (Moments, Sectionnels), ou des méthodes stochastiques Lagrangiennes sont proposées. Dans ce travail, une méthode semidéterministique basée sur l'approche Lagrangienne est proposée. Parallèlement, une description précise de la chimie, notamment pour les précurseurs de suies nécessaire aux modèles détaillés de formation de suies est développée. La méthodologie incluant la description des précurseurs de suies et le transport de celles-ci est calculée dans deux configurations de type aéronautiques. La première est la configuration FIRST, une flamme étudiée au DLR opérant à haute pression dans un milieu confiné et stabilisée à l'aide d'un swirleur. L'impact du choix du précurseur de suies ainsi que la prise en compte des transferts radiatifs est évaluée. La température et la fraction volumique des suies sont en accord avec les mesures expérimentales. La seconde configuration est le bruleur UTIAS Jet A-1 où le Jet A-1 est un carburant aéronautique, il est caractérisé par une flamme swirlée diphasique et étudié à l'université de Toronto au Canada. La simulation aux grandes échelles de cette configuration procure de nouvelles connaissances sur la formation des particules des suies dans les flammes turbulentes diphasiques. Un très bon accord avec les données expérimentales est observé pour cette configuration concernant les particules de suies
Expected stringent legislation on particulate matter (PM) emission by gas turbine combustors is currently motivating considerable efforts to be better understand, model and predict soot formation. This complex phenomenon is very difficult to study in detail with experiment, and numerical simulation is an essential complementary tool. Considering that the chemistry of soot particles strongly depends on their size, the numerical prediction of soot formation requires the description of their size distribution. To do so, either Eulerian methods (sectional or moments) or stochastic Lagrangian approaches are reported in the literature. In the present work, a far more simple semi-deterministic Lagrangian approach is proposed. An accurate description of the gaseous phase including first Polycyclic Aromatic Hydrocarbons is also developed as a necessary input to detail soot model. The combination of reduced chemistries with Lagrangian soot tracking is applied to canonical laminar sooting flames, later to two complex configurations representative of an aeronautical combustors. The first one is the FIRST configuration, a gaseous confined pressurized swirled flame studied experimentally at DLR. Impact of precursors species and radiative transfers through the resolution of Radiative Transfer Equation (RTE). Good predictions are obtained compared to experiments for predicted temperature and soot volume fraction. The second target configuration is the UTIAS Jet A-1 burner and corresponds to a confined turbulent spray flame burning aviation jet fuel A-1 studied experimentally at UTIAS Toronto. LES of this configuration provides a qualitative and quantitative understanding of soot evolution in turbulent spray flames. Numerical predicted soot volume fraction using Lagrangian soot tracking and an ARC mechanism including pyrolysis method is compared to experimental measurements. Results show the ability of the proposed methodology relying on ARC chemistry for Jet A-1 including pyrolysis method and Lagrangian soot tracking, to predict accurately soot compared to available measurements

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Roussillo, Mathieu. "Development of optical diagnostics for soot particles measurements and application to confined swirling premixed sooting flames under rich conditions." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC060/document.

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Abstract:

Le contrôle de la production des particules de suies est aujourd'hui un enjeu industriel majeur en raison de leur impact néfaste tant sur le climat que sur la santé humaine et de leur forte contribution aux transferts radiatifs. Pour mieux comprendre et contrôler la production de ces polluants dans les foyers industriels, il est primordial d’améliorer nos connaissances à ce sujet dans un brûleur turbulent. L’objectif de cette thèse est donc de mettre en place des diagnostics optiques pour l’étude des flammes suitées turbulentes et pour caractérise la production de suies dans une nouvelle configuration de combustion prémélangée,confinée, swirlée turbulente académique tout en se rapprochant des configurations industrielles. Une première configuration expérimentale laminaire est donc considérée afin de valider la mise en place de la technique d’Incandescence Induite par Laser (LII) pour mesurer la fraction volumique de suies fv. Il s’agit d’un brûleur conçu à l’université de Yale qui permet la stabilisation d’une flamme laminaire de diffusion éthylène/air. Ce brûleur a été largement étudié dans la littérature nous permettant ainsi de comparer nos mesures aux résultats de différentes équipes internationales. La calibration du signal LII avec la technique MAE (Modulated Absorption Emission) a été effectuée via une collaboration avec l’UPMC, permettant de mesurer quantitativement fv et de comparer les techniques MAE et LII. Le brûleur a ensuite été équipé d’un haut-parleur afin de moduler l’écoulement et de pouvoir étudier les effets d’une perturbation contrôlée sur la production de suies, se rapprochant ainsi des phénomènes instationnaires caractéristiques des écoulements turbulents. Enfin, les effets d’élargissement de la nappe laser sur les résultats de la LII sont examinés afin de pouvoir appliquer ce diagnostic optique dans une configuration turbulente innovante caractérisée par de grandes dimensions. Ce brûleur (EM2Soot) a été développé pour mesurer la production de suies dans une flamme turbulente swirlée riche confinée prémélangée. Il permet de quantifier indépendamment les effets de la richesse, de la puissance et de l’environnement thermique sur la production de suies. Un point de fonctionnement représentatif a alors été étudié et, en parallèle avec la LII, les techniques de vélocimétrie par images de particules (PIV), et de mesure de température des parois par phosphorescence induite par laser (LIP) ont été employées afin de caractériser l’effet de la turbulence sur la production des suies et d’établir une base de données pour la validation de futures simulations numériques. Enfin, la géométrie du brûleur a été modifiée permettant une stabilisation différente de la flamme (en forme d’un V). Un nouveau point de fonctionnement a alors été étudié afin de mettre en évidence le rôle de la géométrie de l’injecteur sur la stabilisation de la flamme et, par conséquent, la production totale de suies
The control of soot particles production represents today a major industrial issue because of their harmful impact on both the climate and the human health and their strong contribution to the radiative transfers. To better understand and control the production of these polluting emissions, it is essential to improve our knowledge on this subject in a turbulent burner. The objective of this Ph.D. is to set up optical diagnostics for the study of turbulent flames and to experimentally characterize soot production in a new academic turbulent premixed combustion configuration while approaching industrial configurations, generally confined and swirled flows. For this, a laminar experimental configuration is first considered to validate the implementation of the Laser Induced Incandescence (LII) technique to measure the soot volume fraction fv. This burner designed at Yale University allows the stabilization of a laminar ethylene/air diffusion flame. This burner has been widely studied in the literature, so that it is possible to compare the quality of our measurements with the results of different international teams. Through collaborations with the UPMC, we calibrated the LII signal with the MAE (Modulated Absorption Emission) technique, making it possible to quantitatively measure fv and to compare the MAE and LII techniques. Finally, the burner was equipped with a loudspeaker to modulate the flow and to study the effects of a controlled perturbation on the soot production, thus approaching the unsteady phenomena characteristics of turbulent flows. Finally, the effects of the enlargement of the laser sheet on LII results were also investigated in order to be able to apply this diagnostic technique in an innovative large turbulent configuration. This experimental configuration, called EM2Soot, was developed to measure the production of soot in a turbulent swirled rich confined premixed ethylene/air flame. This burner makes it possible to independently quantify the effects of the equivalence ratio, the total flame power and the thermal environment on the total soot production. A representative operating point was then characterized, in parallel with LII measurements, Particle Image Velocimetry (PIV) and Laser Induced Phosphorescence (LIP) techniques have been employed in order to characterize the effect of the turbulence on soot production and to establish a database for the validation of future numerical simulations. Finally, the geometry of the burner has been modified allowing a different stabilization of the flame (V flame shape). A new operating point is then studied in order to highlight the role of the injector geometry on the stabilization of the flame and, consequently, on the total soot production

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Schobing, Julie. "Etude expérimentale et modélisation de l’impact des biocarburants sur le fonctionnement des filtres à particules." Thesis, Mulhouse, 2018. http://www.theses.fr/2018MULH1439.

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Abstract:

Pour respecter les normes limitant les émissions polluantes des échappements moteurs, les véhicules poids lourds sont désormais équipés d'une ligne complexe de post-traitement des effluents qui doit prouver son efficacité sur 700000 km. La source pétrolière du diesel devenant difficile à exploiter et la pollution atmosphérique augmentant, il est devenu nécessaire d'utiliser des carburants alternatifs. Par rapport à son équivalent diesel classique, le biodiesel contient des éléments inorganiques (El). Bien que leur présence soit normée, ils peuvent tout de même interagir avec les catalyseurs de la ligne de post-traitement et ainsi compromettre leur fonctionnement dans le cas d'une utilisation massive de biodiesel. L'impact de ce carburant sur le fonctionnement du filtre à particules (FAP) a été analysé. L'étude concernant l'impact de K, Na et P sur la réactivité de suies diesel modèles imprégnées a montré que Na et K ont un effet bénéfique sur les réactions C-N02 et C-02. P possède un effet inhibiteur sur C-02 mais un fort effet catalytique sur la réaction C-N02 en présence d'eau. L'étude de suies diesel réelles a montré que le biodiesel produit moins de suies et que ces dernières sont plus réactives. Le dopage par K et P d'un biodiesel a montré que ces El se retrouvent directement dans la composition des suies et modifient fortement leur réactivité. L'étude de I'oxydation des suies en présence d'un catalyseur représentatif d'un FAP commercial a mis en évidence que plus le contact entre le catalyseur et la suie est élevé, plus l'efficacité du catalyseur est importante. La présence d'El permet d'améliorer ce contact et ainsi d'augmenter l'efficacité du catalyseur
In order to respect the European standards concerning exhaust gas pollutant emissions, heavy-duty frucks are now equipped with a complex post-freatment line whose durability have to be proven over 700 000 Because of the possible rarefaction of fossil fuels and of the increase of atmospheric pollution, the use of alternative fuel becomes necessary. In comparison to classic diesel fuel, biodiesel contains inorganic elements. Even though their presence is limited, they can interact with the post-freatment line catalysts and thus compromise their behavior in case of massive biodiesel use. The impact of biodiesel on particulate filter (DPF) operation was investigated. The study concerning the impact of K, Na and P on impregnated model diesel soot reactivity has shown that K and Na have a beneficial effect on both C-N02 and C-02 reactions. P has an inhibiting effect on C-02 but a sfrong catalytic impact on C-N02 reaction in presence of water. The analysis of real diesel soot has shown that biodiesel leads to less soot but which are more reactive. K- and P-doping of biodiesel has shown that these inorganic elements are directly reffieved in soot composition and significantly modify their reactivity. The study of soot oxidation in presence of a catalyst which is representative of a comrnercial DPF has shown that the stronger is the soot-catalyst contact, the sfronger is the catalyst efficiency. The presence of inorganic elements enhances the contact and thus the catalyst efficiency

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Burot, Daria. "Transported probability density function for the numerical simulation of flames characteristic of fire." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0026/document.

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Abstract:

La simulation de scenarios d’incendie nécessite de modéliser de nombreux processus complexe, particulièrement la combustion gazeuse d’hydrocarbure incluant la production de suie et les transferts radiatifs dans un écoulement turbulent. La nature turbulente de l’écoulement fait apparaitre des interactions qui doivent être prises en compte entre ces processus. L’objectif de cette thèse est d’implémenter une méthode de transport de la fonction de densité de probabilité afin de modéliser ces interactions de manière précise. En conjonction avec un modèle de flammelettes, le modèle de Lindstedt et un modèle à large-bande k-corrélé, l’équation de transport de la PDF jointe de composition est résolue avec la méthode des Champs Eulérien Stochastiques. Le modèle est validé en simulant 12 flammes turbulentes recouvrant une large gamme de nombre de Reynolds et de propension à former de la suie par les combustibles. Dans un second temps, les effets des interactions rayonnement-turbulence (TRI) sur l’émission de la suie sont étudiés en détails, montrant que la TRI tend à augmenter l’émission radiative de la suie à cause des fluctuations de température, mais que cette augmentation est plus faible pour des nombres de Reynolds élevés ou des quantités de suie plus élevées. Ceci est dû à la corrélation négative entre le coefficient d’absorption des suies et la fonction de Planck. Finalement, l’influence de la corrélation entre la fraction de mélange et le paramètre de non-adiabaticité est étudiée sur une flamme d’éthylène, montrant qu’elle a peu d’effet sur la structure moyenne de flamme mais tend à limiter les fluctuations de température et les pertes radiatives
The simulation of fire scenarios requires the numerical modeling of various complex process, particularly the gaseous combustion of hydrocarbons including soot production and radiative transfers in a turbulent. The turbulent nature of the flow induces interactions between these processes that need to be taken accurately into account. The purpose of this thesis is to implement a transported Probability Density function method to model these interactions precisely. In conjunction with the flamelet model, the Lindstedt model, and a wide-band correlated-k model, the composition joint-PDF transport equation is solved using the Stochastic Eulerian Fields method. The model is validated by simulating 12 turbulent jet flames covering a large range of Reynolds numbers and fuel sooting propensity. Model prediction are found to be in reasonable agreement with experimental data. Second, the effects of turbulence-radiation interactions (TRI) on soot emission are studied in details, showing that TRI tends to increase soot radiative emission due to temperature fluctuations, but that this increase is smaller for higher Reynolds numbers and higher soot loads. This is due to the negative correlation between soot absorption coefficient and the Planck function. Finally, the effects of taking into account the correlation between mixture fraction and enthalpy defect on flame structure and radiative characteristics are also studied on an ethylene flame, showing that it has weak effect on the mean flame structure but tends to inhibit both temperature fluctuations and radiative loss

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Ifrah, Simon. "Synthèse de pérosckites La1-xAxBO3 (A = Sr, Ag, Ce ; B = Mn, Cr ; 0 ≤ x ≤ 0,2) par des méthodes conventionnelles ou assistées par micro-ondes pour la combustion catalytiue du méthane et des suies." Lyon 1, 2006. http://www.theses.fr/2006LYO10215.

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Abstract:

L’objectif de cette étude a été de développer et d’optimiser la préparation de catalyseurs à base de pérovskites La1-xAxBO3+δ (A = Sr, Ag, Ce; B = Mn et Cr; 0 ≤ x ≤ 0,2) utilisées en combustion du méthane. Les catalyseurs ont été préparés, à pression atmosphérique ou sous pression (conditions hydrothermales), par des méthodes conventionnelles (co-précipitation) et non conventionnelles (sous micro-ondes). La méthode de préparation a un effet important sur les propriétés physico-chimiques des catalyseurs préparés et par conséquent affecte leur activité catalytique en combustion du méthane. La substitution d’éléments actifs (Sr, Ag, Ce) dans les réseaux LaBO3 (B = Mn, Cr) permet d’abaisser considérablement la température (T50) de combustion du méthane. Le système à base des oxydes lanthane-chrome existe sous différentes formes (LaCrO3, LaCr2O6, LaCrO3- La2O3 et LaCrO3-LaCr2O6) dont l’obtention dépend du mode de synthèse utilisé. La teneur de la phase secondaire (LaCr2O6 ou La2O3) est fonction de l’atmosphère, de la température et de la durée de calcination utilisées. Ces catalyseurs présentent des réductibilités différentes (mobilité des espèces oxygène variable) ce qui affecte leur activité en combustion du méthane ou des suies diesel. En effet la pérovskite LaCrO3 préparée par la méthode hydrothermale, très peu réductible et possédant une importante aire BET, conduit à une activité très importante en combustion des suies diesel (Tmax = 435°C) mais présente une faible activité en combustion du méthane. Tous les catalyseurs à base de manganèse sont affectés par l’empoisonnement par H2S, lequel provoque une diminution de l’activité catalytique en combustion du méthane liée à la diminution du nombre des sites actifs. Ce dernier reste, toutefois appréciable dans le cas du catalyseur le plus actif La0. 8Ag0. 2MnO3+δ préparé par la méthode hydrothermale assistée par micro-ondes
The objective of this study was to develop and to optimize the preparation of La1-xAxBO3+δ perovskites catalysts (A = Sr, Ag, Ce; B = Mn or Cr; 0 ≤ x ≤ 0. 2) used for methane combustion. Catalysts were prepared, at atmospheric pressure or under pressure (hydrothermal conditions), by conventional methods (co-precipitation) and non conventional methods such as microwaves irradiation. The method of preparation has an important effect on the physico-chemical properties of the prepared catalysts and affects consequently their catalytic activity in methane combustion. The substitution of active elements (Sr, Ag, Ce) in the networks of LaMnO3 and LaCrO3 allows to lower considerably the light-off temperature (T50) of methane combustion. The lanthanum-chromium oxides system exists under various forms: LaCrO3, LaCr2O6, LaCrO3- La2O3 and LaCrO3-LaCr2O6 whose obtaining depends on the used mode of synthesis. The content of the secondary phase (LaCr2O6 or La2O3) is dependent on the atmosphere, the temperature and the duration of calcination used. These catalysts present different reducibility (mobility of the oxygen species) which affects their activity in methane or diesel soot combustion. However, LaCrO3 perovskite, prepared using hydrothermal method which was found to be hardly reducible and possessing a great BET surface area, leads to an important activity in diesel soot combustion (Tmax = 435°C) but shows low activity in methane combustion. All manganese based catalysts are affected by the poisoning by H2S, who provokes a decrease of the catalytic activity in combustion of the methane which is connected to the decrease of the number of the active sites. The latter remain, however noticeable in the case of the most active catalyst La0. 8Ag0. 2MnO3+δ prepared using microwaves assisted hydrothermal synthesis

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Hernández, Vera Ignacio. "Soot modelling in flames and Large-Eddy Simulation of thermo-acoustic instabilities." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0134/document.

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Abstract:

Dans la première partie de cette thèse de doctorat une méthodologie est présentée qui permet de prédire les niveaux de suies produits dans des flammes laminaires monodimensionnelles, ou un modèle semi-empirique de suies est utilisé en combinaison avec une chimie complexe et un solveur radiatif détaillé. La méthodologie est appliquée au calcul de suies dans une série de flammes de diffusion à contre-courant d'éthylène/air. Plusieurs modèles d'oxydation de suies sont testés et les constantes du modèle sont ajustées afin de retrouver un meilleur accord avec les expériences. L'effet des pertes thermiques radiatives sur la formation de suies et la structure des flammes est évalué. Finalement, la performance du modèle de suies est évalué sur des flammes prémélangées monodimensionnelles, ou une expression alternative du terme de croissance de surface est proposée pour reproduire les résultats expérimentaux. Dans la deuxième partie de cette thèse, des outils de Simulation aux Grandes Échelles (SGE) et d'analyse acoustique sont appliqués à la prédiction des oscillations de cycle limite (OCL) d'une instabilité thermo-acoustique qui apparaît dans un brûleur académique partiellement prémélangé de méthane/air à pression atmosphérique. La SGE prédit bien l'apparition et le développement des OCL est un bon accord est trouvé entre simulations et expériences en termes d'amplitude et fréquence des OCL. La simulation permet de révéler certains aspects clés responsables du comportement instable de la flamme. Ensuite, une analyse préliminaire de la quantification des incertitudes est fait, ou l'effet des paramètres tels que l'impédance des entrées, le degré de raffinement du maillage ou les pertes thermiques sur les caractéristiques des OCL est évalué. Aussi, la SGE prédit bien la dépendance de la stabilité de la flamme du point d'opération et de la géométrie du brûleur
In the first part of the present PhD. thesis a methodology is presented that allows to predict the soot produced in one-dimensional academic flames, where a semi-empirical soot model is used in combination with a complex chemistry and a detailed radiation solver. The methodology is applied to the computation of soot in a set of ethylene/air counterflow diffusion flames. Several oxidation models are tested and the constants of the model were adjusted to retrieve the experimental results. Also, the effect of radiative losses on soot formation and the flame structure is evaluated. Finally, the performance of the soot model is evaluated on 1D premixed flames, where an alternative expression for the surface growth term is proposed to better reproduce the experimental findings. In the second part of the thesis, Large-Eddy Simulation (LES) and acoustic analysis tools are applied to the prediction of limit cycle oscillations (LCO) of a thermo-acoustic instability appearing in a partially premixed methane/air academic burner operating at atmospheric pressure. The LES captures well the appearance and development of the LCO and a good agreement is found between simulations and experiments in terms of amplitude and frequency of the LCO. Some light is shed on the mechanisms leading to the existence of such instability. Then, a preliminar uncertainty quantification (UQ) analysis is performed, where the effect on the features of the LCO of several computational parameters such as the inlets impedances, mesh refinement or heat losses is assessed. Also, the LES captures well the flame stability behaviour dependence on the operating point and the burner geometry

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Boufflers, Damien. "Étude expérimentale et modélisation de la formation des suies et de leurs précurseurs en flamme de prémélange à différentes richesses : cas du n-butane." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10138/document.

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Abstract:

La structure chimique d’une flamme laminaire de prémélange suitée de n-butane (nC4H10/O2/N2) pour deux conditions de richesse (Φ=2,16 et 2,32) a été déterminée expérimentalement et par modélisation à pression atmosphérique. L’acquisition des profils de fraction molaire des espèces stables a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse et par spectroscopie infrarouge. Les profils de température ont été obtenus par Fluorescence Induite par Laser du monoxyde d’azote. Le mécanisme développé dans cette étude contient 279 espèces impliquées dans 1422 réactions réversibles. La comparaison des profils de concentration modélisés et expérimentaux dans le cas des espèces analysées a permis de valider le modèle. Un accord satisfaisant est observé entre les résultats expérimentaux et modélisés et l’effet de la richesse est bien pris en compte par le mécanisme chimique. Le modèle cinétique a aussi été testé sur une large gamme de conditions opératoires issues de la littérature (données globales et détaillées) et a été comparé à d’autres mécanismes de la littérature. Les schémas réactionnels de formation et de consommation ont été établis et permettent de mettre en évidence les voies réactionnelles de formation du premier cycle aromatique. Les fractions volumiques de suie ont été mesurées par Incandescence Induite par Laser pour les deux richesses de flamme
Chemical structure of a laminar premixed sooting n-butane flame (nC4H10/O2/N2) operating at two equivalence ratio (Φ=2,16 and 2,32) has been investigated at atmospheric pressure. Acquisition of mole fraction profiles of stable species is accomplished by gas chromatography and infrared spectroscopy. The temperature profiles are obtained by Laser induced Fluorescence of nitric oxide. In this work, the developed mechanism contains 279 species involved in 1422 reversible reactions. The comparison between modelled and experimental profiles was used to validate the model and a good agreement was observed. The effect of equivalence ratio is well captured by the mechanism. The kinetic model was also tested on a wide range of operating conditions found in the literature (global and detailed data) and has been compared to other mechanism from the literature. Formations and consumptions kinetic schemes were established to highlight the reaction path of the first aromatic ring. Soot volume fractions are measured by Laser Induced Incandescence for the both equivalence ratio

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Seltz, Andréa. "Application of deep learning to turbulent combustion modeling of real jet fuel for the numerical prediction of particulate emissions Direct mapping from LES resolved scales to filtered-flame generated manifolds using convolutional neural networks Solving the population balance equation for non-inertial particles dynamics using probability density function and neural networks: application to a sooting flame." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMIR08.

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Abstract:

Face à l'urgence climatique, l’efficacité énergétique et la réduction des émissions polluantes est devenue une priorité pour l'industrie aéronautique. La précision de la modélisation des phénomènes physicochimiques joue un rôle critique dans qualité de la prédiction des émissions de suie et des gaz à effet de serre par les chambres de combustion. Dans ce contexte, des méthodes d’apprentissage profond sont utilisées pour construire des modélisations avancées des émissions de particules. Une méthode automatisée de réduction et d’optimisation de la cinétique chimique d’un combustible aéronautique réel est dans un premier temps appliquée à la simulation aux grandes échelles pour la prédiction des émissions de monoxyde de carbone. Ensuite, des réseaux de neurones sont entraînés pour simuler le comportement dynamique des suies dans la chambre de combustion et prédire la distribution de taille des particules émises
With the climate change emergency, pollutant and fuel consumption reductions are now a priority for aircraft industries. In combustion chambers, the chemistry and soot modeling are critical to correctly quantify engines soot particles and greenhouse gases emissions. This thesis aimed at improving aircraft numerical pollutant tools, in terms of computational cost and prediction level, for engines high fidelity simulations. It was achieved by enhancing chemistry reduction tools, allowing to predict CO emissions of an aircraft engines at affordable cost for the industry. Next, a novel closure model for unresolved terms in the LES filtered transport equations is developed, based on neural networks (NN), to propose a better flame modeling. Then, an original soot model for engine high fidelity simulations is presented, also based on NN. This new model is applied to a one-dimensional premixed sooted flame, and finally to an industrial combustion chamber LES with measured soot comparison

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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.

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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.

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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 suies
In 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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Keita, Mamady. "Modeling of soot particles nucleation from combustion processes." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10145/document.

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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 suies
To 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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Kashif, Muhammad. "Measurement of sooting tendencies of alternative fuels : application to primary reference fuels." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066258.

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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 réelles
An 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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Legros, Guillaume. "Etude du comportement radiatif d'une flamme de diffusion établie en micropesanteur." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2297.

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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'autre
This 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.

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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 flames
Une 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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Dissertations / Theses on the topic 'Suies de combustion'

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