Tesi sul tema "Biomasse – Combustion – Modèles mathématiques"
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Goussougli, Matieyendou. "Modélisation cinétique détaillée de la pyrolyse de la biomasse : application à des structures de type hémicellulose". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0327.
Abstract (sommario):
Ce travail de thèse a porté sur modélisation cinétique détaillée de la pyrolyse de la biomasse et notamment son application à des structures de type hémicellulose. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la dégradation thermique du β-1,4-xylane à partir de processus unimoléculaires concertés. Le β-1,4-xylane représente le squelette d'un grand nombre d'hémicelluloses et une étude détaillée et exhaustive des chemins réactionnels mis en jeu dans sa pyrolyse a été réalisée à partir de calculs de structures électroniques, au niveau de théorie CBS-QB3. Ces calculs ont été couplés à la thermodynamique statistique et à la théorie de l'état de transition pour déterminer les constantes de vitesse associées. Au cours de ce travail, nous avons pu mettre en évidence un certain nombre de voies réactionnelles de basses énergies capables d'expliquer la formation de composés observés expérimentalement. D'autre part, nous avons pu montrer que la voie la plus facile passe par une ouverture de la chaine terminale réductrice puis par un ensemble de processus concertés à 6 centres incluant des réactions rétro-ène, rétro Diels-Alder, rétro-aldol, ou encore des réactions spécifiques comme les isomérisations céto-énoliques ou des éliminations de CO. La prise en compte exhaustive des voies réactionnelles puis une sélection des voies de plus basse énergie a permis de proposer un mécanisme de consommation itératif du polymère dans lequel deux fragments sont reformés avec des structures chimiques identiques, mais avec un cycle xylose en moins à chaque itération. Dans une seconde partie, nous avons ajouté une fonction acétyle au β-1,4-xylane. Cette fonction chimique est très fréquemment rencontrée dans les hémicelluloses. Lors de la pyrolyse, le groupement acétyle peut facilement réagir pour former de l'acide acétique et un fragment insaturé. Une analyse détaillée de la décomposition thermique de ce fragment a permis de mettre en évidence des voies réactionnelles permettant de former d'autres acides comme l'acide formique ainsi que des composés légers et notamment une voie permettant de former très facilement CO2. Là encore, il a été possible de mettre en évidence un mécanisme itératif permettant de boucler sur des fragments dont la structure chimique se conserve mais dont le degré de polymérisation diminue à chaque itérationStructuresThis thesis focused on a detailed kinetic modeling study of biomass pyrolysis and its application to hemicellulose-type structures. In a first part of the work, we considered the thermal degradation of β-1,4-xylan from concerted unimolecular processes. β-1,4-xylan represents the backbone of a large number of hemicelluloses and a detailed and exhaustive study of the reaction pathways involved in its pyrolysis has been carried out from electronic structures calculations, at the CBS-QB3 level of theory. These calculations were coupled with statistical thermodynamics and transition state theory to determine the associated rate constants. In this work, we highlighted low energy reaction pathways capable of explaining the formation of compounds observed experimentally. Furthermore, we showed that the easiest route goes through a ring-opening of the terminal reducing end-chain followed by successive decompositions from unimolecular concerted reactions, including retro-ene, retro Diels-Alder, retro-aldol reactions, or specific reactions such as keto-enolic isomerizations or CO eliminations. The exhaustive and comparative construction of the mechanism permitted to highlight an iterative polymer consumption mechanism, in which two fragments are reformed with the same molecular structure, but with one less xylose ring at each iteration. In a second part, we added an acetyl function to β-1,4-xylan, a chemical function frequently involved in hemicelluloses. During pyrolysis, the acetyl group can easily react to form acetic acid and an unsaturated fragment. A detailed analysis of the decomposition mechanism of this fragment has permitted to show low energy pathways involved in the formation of formic acid as well as light compounds. A specific route forming CO2 was also found with low energy barriers. Again, it was possible to highlight an iterative mechanism involving fragments whose chemical structure were conserved but whose degree of polymerization decreases with each iteration
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Hadj, Ali Kamal. "Étude cinétique de l'oxydation et de l'auto-inflammation en milieux gazeux homogène pauvre et ultra pauvre de carburants de substitution issus de la biomasse". Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10004.
Abstract (sommario):
L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivité, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'auto-inflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'auto-inflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.
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Dhahak, Amal. "Modélisation chimique détaillée de la combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestique en vue de réduire leurs émissions polluantes". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0017.
Abstract (sommario):
Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l’hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l’anisole, le furfural, le gaïacol… Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d’une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à boisThis thesis aims to understand and model the chemical mechanisms of biomass combustion in domestic heating appliances to reduce polluting emissions. For this purpose, a global model of combustion has been developed. This model considers both detailed chemical kinetics and heat transfer. The first part of this work consisted of developing a kinetic model to represent the devolatilization of biomass as well as the secondary gas phase combustion reactions of the species emitted during primary pyrolysis. According to the used kinetic model of pyrolysis, the biomass is characterized as a mixture of three so-called reference constituents: cellulose, hemicellulose and lignin. To know the limitations of the studied model, it has been tested on several cases of primary pyrolysis. A model of secondary pyrolysis and combustion was added to the model representing primary pyrolysis. This secondary model is composed of oxidation mechanisms for products formed by pyrolysis, such as hydroxyacetaldehyde, furan and its derivatives, furfural, anisole, guaiacol ... This secondary model, as well as the new global model developed BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation) have been tested on a large number of experimental results. In a second part, the kinetic model considering both the primary pyrolysis and the thermal cracking of the emitted gaseous species, is coupled to a simplified model of heat transfer to model the combustion of a log of wood in a stove represented by a network of ideal chemical reactors. The global model, coupling the kinetic and thermal parts, reproduces experimental results on gaseous emissions (CO, CO2, NO) obtained in a wood stove
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Dhahak, Amal. "Modélisation chimique détaillée de la combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestique en vue de réduire leurs émissions polluantes". Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0017.
Abstract (sommario):
Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l’hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l’anisole, le furfural, le gaïacol… Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d’une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à boisThis thesis aims to understand and model the chemical mechanisms of biomass combustion in domestic heating appliances to reduce polluting emissions. For this purpose, a global model of combustion has been developed. This model considers both detailed chemical kinetics and heat transfer. The first part of this work consisted of developing a kinetic model to represent the devolatilization of biomass as well as the secondary gas phase combustion reactions of the species emitted during primary pyrolysis. According to the used kinetic model of pyrolysis, the biomass is characterized as a mixture of three so-called reference constituents: cellulose, hemicellulose and lignin. To know the limitations of the studied model, it has been tested on several cases of primary pyrolysis. A model of secondary pyrolysis and combustion was added to the model representing primary pyrolysis. This secondary model is composed of oxidation mechanisms for products formed by pyrolysis, such as hydroxyacetaldehyde, furan and its derivatives, furfural, anisole, guaiacol ... This secondary model, as well as the new global model developed BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation) have been tested on a large number of experimental results. In a second part, the kinetic model considering both the primary pyrolysis and the thermal cracking of the emitted gaseous species, is coupled to a simplified model of heat transfer to model the combustion of a log of wood in a stove represented by a network of ideal chemical reactors. The global model, coupling the kinetic and thermal parts, reproduces experimental results on gaseous emissions (CO, CO2, NO) obtained in a wood stove
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Creyx, Marie. "Étude théorique et expérimentale d’une unité de micro-cogénération biomasse avec moteur Ericsson". Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0026/document.
Abstract (sommario):
La micro-cogénération, production simultanée d’électricité et de chaleur à échelle domestique, se développe actuellement en Europe du fait notamment de son intérêt en termes d’économie d’énergie primaire. L’utilisation d’un combustible biomasse dans un système de micro-cogénération contribue à augmenter la part d’énergie renouvelable dans le mix énergétique. L’objet de ce travail est le développement d’un banc d’essai d’une unité de micro-cogénération biomasse composée d’une chaudière à pellets, d’un moteur à air chaud de type Ericsson (décomposé en une partie compression et une partie détente) et d’un échangeur gaz brûlés-air pressurisé inséré dans la chaudière. Des modèles de chacun de ces composants ont été établis pour caractériser leur fonctionnement sur la plage de réglage des paramètres influents et pour dimensionner l’unité prototype. Deux modèles du moteur Ericsson, en régime permanent et en régime dynamique, ont été mis en place. Ils ont montré l’influence prépondérante sur les performances du moteur des conditions de température et pression de l’air en entrée de détente et des réglages des instants de fermeture des soupapes. L’effet de la prise en compte des pertes dynamiques (pertes de charge, pertes thermiques à la paroi du cylindre, frottements mécaniques) sur l’estimation des performances du moteur a été étudié. Deux modélisations de l’échangeur ont permis de caractériser les transferts thermiques qui le traversent, incluant le rayonnement et l’encrassement par des particules de suie du côté des gaz brûlés. Le banc d’essai de l’unité de micro-cogénération mis en placeNowadays, the micro combined heat and electrical power (micro-CHP) systems are developing in Europe, in particular because of their interest in terms of primary energy savings. The use of biomass fuel in micro-CHP systems enhances the share of renewable energy in the energy mix. The objective of this work is to develop a test bench for a biomass-fuelled micro-CHP unit composed of a pellet boiler, an Ericsson type hot air engine (decomposed into a compression and an expansion part) and a burned gas-pressurized air heat exchanger inserted in the boiler. Models of every component have been established to characterize their working conditions depending on influent parameter settings and to size the micro-CHP unit. Two models of Ericsson engine, with established and dynamic regimes, were implemented. The preponderant influence of the temperature and pressure conditions at the inlet of the expansion cylinder and of the timing of valve closing on the engine performances are shown. The dynamic model shows the effect of considering the dynamic losses (pressure loss, heat transfer at the cylinder wall, mechanical friction) on the estimation of engine performances. Two models of the heat exchanger allow the characterization of the heat transfers crossing it, taking into account the radiation and the fouling by soot particles on the side of combustion gases. Experimental measurements obtained from the test bench of the micro-CHP unit set up were used in the developed models
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Suard, Sylvain. "Propagation pulsatoire des flammes de brouillard". Laboratoire de modélisation et simulation numérique en mécanique et génie des procédés (Marseille), 2004. http://www.theses.fr/2004AIX22100.
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Bourlouka, Alexey. "Améliorations des modèles de combustion turbulente en milieu homogène". Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES031.
Abstract (sommario):
Un modèle de combustion turbulente est développé dans lequel les propriétés statistiques d'un scalaire réactif sont déterminées à l'aide d'un champ de scalaire de référence. L'hypothèse de fermeture pour l'équation de transport de ce scalaire de référence est proposée pour la flamme prémélangée constituée de zones fines de réactions chimiques. Ainsi, une nouvelle description de la convection turbulente est établie. Ces considérations ont été employées dans les simulations numériques dont les résultats sont présentés en comparaison avec les données expérimentales.
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Xexo, Gjergj. "Flamme de diffusion turbulente dans un écoulement transversal : comportement dynamique et rayonnement". Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1995INPT082H.
Abstract (sommario):
Ce travail constitue une contribution a la connaissance de l'interaction des flammes de diffusion turbulente avec le milieu environnant en mouvement. Plus precisement l'etude presentee a pour but essentiel de mieux comprendre le comportement dynamique d'une telle flamme sous influence d'un ecoulement transverse, l'evolution du champ des principales grandeurs aerothermochimiques a l'interieur de la flamme ainsi que son effet radiatif vers le milieu ambiant. L'outil d'analyse est un modele de type integral. Une analyse dimensionnelle de la flamme de diffusion a ete presentee. Elle couvre differents regimes caracteristiques d'ecoulement. Ensuite une estimation analytique du taux d'entrainement dans les flammes de diffusion a ete mis en evidence. Les resultats montrent que les flammes de diffusion sont sujet a une variation sensible de l'entrainement du a des importantes differences de masse volumique. Une approche integrale a ete appliquee pour predire le comportement d'une flamme de diffusion turbulente. La determination de l'ensemble des parametres a l'interieur de la flamme est effectuee a l'aide d'un systeme d'equations differentielles qui represente les lois de conservation. Le passage a l'echelle locale a ete fait a l'aide des profils de similitude. Egalement, notre modelisation tient compte d'un modele de turbulence et un modele des suies dans le but d'estimer l'emissivite de la flamme et la puissance rayonnee. Les resultats de la modelisation sont compares a ceux issus des experiences menees dans une soufflerie subsonique. Les mesures effectuees sur des flammes de diffusion ayant une longueur maximale de l'ordre de 2,5m concernent differents elements geometriques de la flamme, le champ moyen des temperatures, la distribution des principales especes chimiques et quelques caracteristiques du champ radiatif. L'etude dans son ensemble peut mener a une maitrise plus parfaite de l'impact d'une flamme de diffusion turbulente sur l'environnement ; elle fournit une assistance dans le domaine de prevention gaziere
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Ben, Taib Ahmed. "Etude mathématique et numérique d'un modèle de combustion turbulente". Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10245.
Abstract (sommario):
Le but de cette these est l'etude mathematique et numerique d'un modele de combustion turbulente. Elle comprend une partie introductive des modeles de turbulence et de combustion turbulente. Dans le deuxieme chapitre, on presente l'etude mathematique du modele mil. Un theoreme d'existence et d'unicite y est expose. Le troisieme chapitre fait le point sur l'etat de l'art en matiere des methodes de volumes finis. Un algorithme, en volumes finis non structures pour la resolution du systeme des equations de navier-stokes couple aux modeles k-epsilon et mil, est decrit au quatrieme chapitre. Les resultats des experiences numeriques obtenus avec cet algorithme sont presentes au dernier chapitre
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El, Hamidi Abdallah. "Analyse asymptotique et simulation numérique de problèmes de combustion". Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10022.
Abstract (sommario):
Plusieurs travaux sur les modeles de diffusion thermique en combustion des gaz premelanges montrent que la propagation du front de combustion peut s'effectuer sous differentes formes. Les proprietes de stabilite du front et sa structure dependent essentiellement des parametres physiques du modele considere. On considere un systeme d'equations aux derivees partielles non lineaires modelisant la combustion des gaz premelanges. Ce modele evolutif, en trois dimensions d'espace, comporte un bruleur circulaire qui joue le role d'accroche flamme. On fait une analyse de stabilite faiblement non lineaire de ce systeme, en utilisant des methodes asymptotiques, lorsqu'il y a resonance entre deux modes. Le but de notre analyse est de determiner les systemes dynamiques gouvernant la solution du probleme a l'aide d'une methode d'echelles multiples en temps. La difficulte de ce probleme n'est pas la determination de la structure algebrique du systeme dynamique qui peut etre obtenue a partir d'argument de symetrie, mais plutot le calcul effectif de ses coefficients en fonction des parametres physiques. La quantite enorme des calculs dans ce probleme tridimensionnel, pour obtenir l'analyse des bifurcations, rend impossible l'analyse asymptotique a la main. C'est pourquoi nous utilisons un langage de manipulation symbolique. Nous avons donc explicite de facon rigoureuse la nature algorithmique de l'analyse asymptotique. Dans le chapitre 5, nous nous sommes interesses a la simulation numerique directe d'un probleme evolutif bidimensionnel de croissance de polymeres dans un reacteur chimique. Seul le cas periodique dans la direction horizontale a ete etudie. Nous avons etudie une methode numerique de type spectral avec decomposition de domaines qui permet de prendre en compte l'effet des parois (cas non periodique). Les algorithmes utilises sont fortement paralleles et implementes sur une paragon-xp (intel) qui est une machine de type mimd
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Palomares, Maria Lourdes Distor. "La consommation de nourriture chez les poissons : étude comparative, mise au point d'un modèle prédictif et application à l'étude des réseaux trophiques". Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT022A.
Abstract (sommario):
La construction de modeles representant les relations trophiques dans les ecosystemes est necessaires, notamment pour l'amenagement des peches. Elle impose de connaitre la quantite de nourriture q consommee par chaque espece ou groupe d'especes inclus dans le modele. Ces estimations sont rapportees a l'unite de biomasse b et l'on utilise le parametre q/b pour la periode consideree. Une estimation de q/b/ n est utile que si elle tient compte des variations saisonnieres de la prise de nourriture, du type de nourriture consommee et de la structure demographique de la population en question. Dans ce travail, 100 estimations de q/b sont presentees et un modele predictif de calcul de q/b a ete obtenu par une regression multilineaire. Les predicteurs sont le poids asymptotique des poissons dans la population consideree, la forme de la nageoire caudale definie par un indice (aspect ratio) rendant compte du niveau d'activite des poissons et de leur metabolisme, la temperature moyenne annuelle de l'habitat et le type de nourriture. Ce dernier est introduit par une variable discrete: 0 pour les carnassiers et 1 pour les phytophages. Les estimations de q/b ainsi obtenues sont comparees a celles calculees directement et deja utilisees dans la description de certains ecosystemes. Les ecosystemes ainsi schematises sont les lacs tchad, tanganyka et victoria ainsi que l'etang de thau
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Dillies, Bruno. "Contribution à la modélisation de la combustion turbulente : application à la combustion dans les moteurs diesel". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0405.
Abstract (sommario):
Depuis quelques années, des nouvelles méthodes sont apparues pour la mise au point et l'optimisation des chambres de combustion des moteurs d'automobile. Pour compléter les essais au banc moteur de nouvelles motorisations, la simulation numérique des écoulements est ainsi un outil de plus en plus utilise dans le milieu industriel. La thèse porte sur le développement et la validation par l'expérience d'un modèle de calcul de la combustion dans les moteurs diesel. Apres un passage en revue des différentes approches possibles (chapitre 1) de la modélisation de la combustion turbulente, la formulation retenue est présentée. La modélisation adoptée est une formulation dérivée des travaux de Marble et Broadwell (1977) sur le modèle de flamme cohérente. Ce modèle permet de traiter le problème de la modélisation par trois étapes: la modélisation de l'écoulement turbulent (approche k-Ɛ, le calcul des effets cinétiques locaux dans le front de flamme et enfin le calcul du taux de réaction moyen (par l'équation d'évolution de la densité de surface de flamme). Les chapitres suivants sont consacrés d'une part à des aspects théoriques du modèle de flamme cohérente, d'autre part à une application du modèle à la combustion de jets diesel. Le chapitre 2 traite ainsi le cas d'une flamme turbulente de prémélange enflammée par des gaz brules à grande vitesse (flamme pilote de l'ONERA). Des évolutions du modèle ont été testées, en particulier sur la prise en compte de l'effet de l'étirement du front de flamme par l'écoulement moyen et la stabilisation de la flamme par les gaz brûlés. L'implantation de l'équation de densité de surface de flamme dans le code industriel KIVA2 GSM est abordée dans le chapitre 3, dans le cas de la propagation d'une flamme de prémélange dans une chambre de volume constant. Dans le chapitre 4, le modèle de flamme cohérente a trois équations appliqué à la combustion dans les moteurs diesel est décrit en détail, avec en particulier le couplage au modèle de jet diphasique. Le modèle est testé dans le cas de l'inflammation et de la combustion d'un jet de combustible dans une chambre de volume constant. Dans le dernier chapitre, le modèle est appliqué au calcul d'un moteur diesel à injection directe à accès optiques. Les résultats sont comparés avec ceux de la base de données comprenant des grandeurs globales (pression moyenne,) pour plusieurs points de fonctionnement et des grandeurs locales (pénétration du jet dans la chambre de combustion). En dernier lieu, les perspectives de ce travail de recherche sont évoquées: évolutions du modèle de flamme cohérente (équation de densité de surface de flamme, méthodes LES), modélisation et validation plus détaillée des phénomènes d'injection diphasique
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Youssef, Moafaq Mohamed. "Exploration of novel fuels for gas turbine (ENV-406) : modeling of T60 test rig with diesel & biodiesel fuels". Master's thesis, Université Laval, 2014. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25332.
Abstract (sommario):
Dans cette thèse, un modèle numérique a été proposé pour simuler la combustion liquide des carburants conventionnels et non-conventionnels, en particulier le mélange de biodiesel B20. La matrice de test numérique constitue de quatre cas d’écoulement réactifs c.à.d. avec combustion et d’un cinquième avec injection liquide sans combustion (écoulement non-réactif). Les modèles sont calculés à l’aide du logiciel FLUENT™ v.14 en 3D et a l’état stationnaire. Les flammes de diffusion turbulentes sont modélisées en utilisant l’approche de flammelette laminaire stable, avec une fonction de densité de probabilité jointe (PDF). La Validation est effectuée en comparant les mesures expérimentales disponibles avec les résultats obtenus de la CFD. L’aérodynamique de la chambre de combustion, ainsi que les températures de parois extérieures sont captures avec un degré de précision satisfaisant. La validation des principaux produits de combustion, tels que : CO2, H2O et O2, montre des résultats satisfaisants pour tous les cas d'écoulement réactifs, mais certaines incohérences ont été relevées pour les émissions de CO. On pense que le banc d'essai (la géométrie de la chambre de combustion et son état de fonctionnement) n'est pas suffisamment adéquat pour la combustion de combustibles liquides. D’autre part, et d’un point de vue numérique, l’approche de flammelette laminaire stable a été trouvé raisonnablement hors mesure de saisir les effets profonds du non-équilibre chimique qui sont souvent associés au processus de lente formation d’un polluant, comme le CO.In this thesis, a CFD model was proposed to simulate the liquid combustion of conventional and non-conventional biodiesel fuels, in particularly the B20 biodiesel blend. The numerical test matrix consists of four reacting flow cases, and one non-reacting liquid fuel injection case. The models are computed using FLUENT™ v.14 in a 3D steady-state fashion. The turbulent non-premixed diffusion flames are modeled using the steady laminar flamelet approach; with a joint presumed Probability density function (PDF) distribution. Validation is achieved by comparing available experimental measurements with the obtained CFD results. Combustor aerodynamics and the outer wall temperatures are captured with a satisfactory degree of accuracy. Validation of the main combustion products, such as: CO2, H2O, and O2, shows satisfactory results for all the reacting flow cases; however, some inconsistencies were found for the CO emissions. It is believed that the test rig (combustor geometry and operating condition) is not sufficiently adequate for burning liquid fuels. On the other hand, from a numerical combustion point of view, the steady laminar flamelet approach was found not reasonably able to capture the deep non-equilibrium effects associated with the slow formation process of a pollutant, such as CO.
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Martel, Claire. "Etude expérimentale de la combustion turbulente prémélangée : analyse de modèles". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0573.
Abstract (sommario):
Les modèles de combustion turbulente prémélangée basés sur le concept de flamelettes étudiés ici, en découplant la turbulence et la combustion, analysent la flamme comme une fine surface plissée et connectée par l'écoulement turbulent. Le taux de réaction par unité de volume est écrit comme le produit du taux de réaction par unité de surface de flamme (issu des calculs de structure de flamme laminaire) par la densité de surface de flamme (surface de flamme disponible par unité de volume). La densité de surface de flamme peut être obtenue soit par une expression algébrique à partir des caractéristiques géométriques de la flamme, soit à l'aide d'une équation exacte de transport. Certains termes de cette équation ne sont pas fermes et nécessitent une modélisation. L'essentiel de cette thèse est consacré à l'analyse expérimentale des modèles de densité de surface de flamme. L'étude a été menée sur une flamme de prémélange propane/air stabilisée par un barreau dans une conduite rectangulaire. Plusieurs diagnostics ont été mis en œuvre pour cette étude. L'imagerie d'émission spontanée C H fournit l'image de la zone de réaction. L'analyse de gaz donne la composition moyenne des gaz avec une assez bonne précision. La tomographie laser produit les caractéristiques géométriques instantanées puis moyennes du front de flamme. Enfin, la vélocimétrie laser Doppler détermine le champ de vitesse moyen et ses fluctuations. L'utilisation de toutes ces techniques pour différentes conditions opératoires nous a permis de constituer une base de données expérimentale complète et de préciser quelques caractéristiques de l'écoulement pour valider et améliorer certains termes des principaux modèles de flammelettes.
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Jouve, Pierre-André. "Modélisation de la combustion supersonique turbulente dans des configurations de zones de mélanges bidimentionnelle planes". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0463.
Abstract (sommario):
Un modèle de turbulence compressible basé sur les équations de k et epsilon a été développé pour les zones de mélange bidimensionnelles planes. A ce modèle, s'est ajouté un modèle de combustion turbulente pour les écoulements supersoniques, incluant un sous-modèle d'allumage pour des flammes de diffusion, et tenant compte de l'histoire des flammelettes. Des simulations numériques ont été menées à l'aide d'un code PNS. Elles ont permis de valider le modèle de turbulence compressible et de commencer la validation du modèle de combustion supersonique
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Calimez, Xavier. "Simulation a petite échelle par une méthode VOF d'écoulements diphasiques réactifs". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0590.
Abstract (sommario):
Dans de nombreux dispositifs de combustion, comme les moteurs fusée cryotechniques ou les moteurs diesel, un des réactifs est injecté sous forme liquide. La combustion, qualifiée alors de « diphasique », ne peut se produire qu'après pulvérisation du liquide et évaporation des gouttes ainsi formées. L'objectif de ce travail est de contribuer à l'effort de compréhension et de modélisation des phénomènes physiques intervenant dans la combustion diphasique en développant et en faisant les premières exploitations d'un code de calcul de simulation a petite échelle d'un ensemble de quelques gouttes dans une géométrie bidimensionnelle plane. La déformation des gouttes, initialement de vitesse et de forme quelconques, est résolue en tenant compte des effets de tension superficielle ( étant supposé constant), de l'évaporation (évaluée en calculant le flux de chaleur de la phase gazeuse vers la phase liquide supposée isotherme) et les effets de viscosité. Le suivi de la phase liquide est réalisé à l'aide d'une méthode VOF avec une reconstruction linéaire par morceaux des interfaces. Les équations de Navier-Stokes, ainsi que les équations de bilan pour l'énergie et les espèces chimiques sont résolues par différences finies en évaluant les flux convectifs par une méthode FCT pour conserver des gradients raides de la température et des fractions massiques des espèces chimiques à la traversée de l'interface. La combustion est modélisée par une réaction chimique irréversible à une étape et une loi d’Arrhenius pour ne pas trop pénaliser des temps de calcul déjà longs. Ce code de calcul est ensuite exploité pour étudier l'évaporation pure, puis la combustion d'un brouillard de gouttes d'oxygène liquide dans de l'hydrogène gazeux chaud. L'influence de la géométrie du brouillard et de la différence de vitesse entre les deux phases sur le temps de vaporisation des gouttes ainsi que sur le mélange des réactifs est mise en évidence. Pour faciliter l'exploitation des résultats, on introduit, par analogie avec l'étude des couches de mélange et des flammes de diffusion turbulente, la notion de fraction de mélange, qui est ainsi généralisée aux écoulements diphasiques réactifs. On établit analytiquement des équations d'évolution temporelle de la moyenne et de la variance de cette fraction de mélange dans la partie gazeuse du domaine de calcul. Les rôles respectifs de l'évaporation et de la diffusion moléculaire sur l'apparition et la destruction des hétérogénéités de concentration des réactifs peuvent ainsi être analysés et quantifiés.
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Cuenot, Bénédicte. "Étude asymptotique et numérique de la structure des flammes de diffusion laminaires et turbulentes". Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT001H.
Abstract (sommario):
Les flammes de diffusion turbulentes sont le mecanisme de combustion de nombreux systemes propulseurs (statoreacteur supersonique par exemple). Dans de tels systemes, le combustible et l'oxydant sont amenes separement dans la chambre de combustion. A l'endroit ou les deux flux entrent en contact se cree une interface, dont la position et l'epaisseur dependent des conditions aux limites, de la cinetique chimique et des vitesses de diffusion. C'est dans cette zone que se melangent par diffusion les deux reactifs et que s'allume eventuellement la flamme. Dans de tels systemes, le rendement de combustion, directement lie a la cinetique chimique mais aussi a l'efficacite de melange, est nettement augmente par la turbulence. Au cours du travail presente, deux approches complementaires sont utilisees pour etudier ce phenomene: une approche theorique d'une part (methode asymptotique), et une approche numerique d'autre part (simulation numerique directe). A cause des cinetiques chimiques tres rapides rencontrees dans la plupart des systemes propulseurs (combustion de l'hydrogene dans le cas du statoreacteur supersonique par exemple), la zone de reaction situee a l'interface des deux flux est tres mince par rapport aux autres echelles caracteristiques du systeme. Une analyse asymptotique nous permet de calculer une solution approchee, construite sur un nombre adimensionnel caracteristique, le nombre de damkohler. La simulation numerique directe permet de calculer des flammes de diffusion laminaires ou turbulentes dans des geometries simples, par la resolution directe des equations de conservation, sans modele de turbulence, ni hypothese d'equilibre chimique. Ces calculs apportent des informations locales et instantanees sur les interactions entre la flamme et la turbulence, en meme temps qu'une etude statistique globale utile a la modelisation. Enfin, la comparaison des solutions issues des deux methodes-theorique et numerique- permet une validation reciproque dans le cas de la flamme de diffusion laminaire monodimensionnelle. Apres avoir verifie la bonne correspondance entre les deux solutions, on utilise cette methode de comparaison pour evaluer les effets de courbure et d'instationnarite, d'abord dans une configuration d'interaction flamme-paire de tourbillons, ensuite dans une configuration de flamme turbulente, aboutissant a des diagrammes de regime de combustion turbulente
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Le, Maoult Yannick. "Modélisation de l'acquisition d'un thermogramme sur des gaz de combustion". Aix-Marseille 1, 1992. http://www.theses.fr/1992AIX11016.
Abstract (sommario):
Ce memoire aborde les problemes de mise en uvre de la thermographie ir en vue de preciser ses potentialites dans le domaine de la mesure thermique et dans quelles conditions, elle peut etre utilisee comme diagnostic en combustion. Apres un bref rappel theorique, le probleme de la validation de l'instrument de mesure est etudie a l'aide d'un nombre important de courbes de calibration montrant qu'une tres grande precision peut etre atteinte en laboratoire; mais que les coefficients de calibration peuvent difficilement etre utilises en extrapolation. Un nouveau protocole de mesure est propose pour determiner la fonction de transfert de la camera et caracteriser sa resolution spatiale. De plus, on montre que les effets de defocalisation peuvent etre pris en compte avec des considerations geometriques simples permettant de modeliser completement l'acquisition d'un thermogramme avec un seul parametre caracteristique de la camera. Ce modele est d'abord valide sur des objets elementaires, puis confronte a des observations faites sur une flamme de premelange accrochee en v qui presente l'interet d'etre une configuration assez simple pour pouvoir tester les differentes hypotheses. On obtient un bon accord qualitatif entre les simulations et les experiences, les aspects quantitatifs ne pouvant etre traites en l'absence de donnees plus precises sur la reponse spectrale de la camera
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Benkhaldoun, Fayssal. "Étude numérique de modèles mathématiques décrivant la propagation de flammes dans un milieu gazeux bidimensionnel". Nice, 1988. http://www.theses.fr/1988NICE4166.
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Loubeau, Vincent. "Sur un modèle de combustion solide-solide à énergie d'activation finie". Bordeaux 1, 1992. http://www.theses.fr/1992BOR10596.
Abstract (sommario):
Si les modèles de combustion en phase gazeuse ont fait l'objet de nombreuses études, la combustion solide-solide reste largement un domaine nouveau, surtout dans le cas des énergies d'activation finies. On considère ici un système parabolique-hyperbolique avec un terme de réaction correspondant à une cinétique d'Arrhenius. On montre l'existence d'une solution onde stationnaire, et la convergence vers un modèle asymptotique. La question de la stabilité est formulée mathématiquement et conduit à un problème d'évolution abstrait formel. Les valeurs propres de l'opérateur linéarise sont étudiées numériquement
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Galpin, Jérémy. "Modélisation LES de la combustion avec une prise en compte des effets de cinétique détaillée et en perspective d'application moteur". St Etienne du Rouvray, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAM0018.
Abstract (sommario):
Le respect des normes de pollution de plus en plus sévères et la nécessité de réduire les consommations sont des défis auxquels les constructeurs d'automobiles doivent faire face. La simulation aux grandes échelles (LES) apparaît être une voie prometteuse pour aider à la conception de procédés de combustion innovants. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la modélisation LES de la combustion avec une prise en compte des effets de cinétique détaillée, et ce afin de prédire l'auto inflammation et les polluants. L'approche de modélisation retenue combine un modèle à fonctions de densité de probabilité présumées (PCM) et une approche de chimie détaillée tabulée (FPI). Le modèle PCM-FPI a été introduit dans le solveur LES compressible multi-espèces AVBP. Les développements réalisés sont confrontés à deux configurations pour lesquelles des mesures expérimentales sont disponibles : un brûleur pré-mélangé swirlé et l'auto inflammation d'un jet turbulent d'hydrogène
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Massot, Marc. "Modelisation mathematique et numerique de la combustion des melanges gazeux". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1996. http://www.theses.fr/1996EPXX0025.
Abstract (sommario):
La these est consacree a l'etude mathematique et numerique des problemes de combustion avec une cinetique chimique complexe. Le chapitre i est un travail de synthese sur la derivation du systeme des equations qui regit les melanges gazeux reactif a partir de la theorie cinetique des melanges de gaz dilues polyatomiques. Un ensemble de proprietes mathematiques du systeme sont alors deduites de cette derivation. L'ensemble de ces proprietes permet, dans le chapitre ii, de symetriser le systeme par passage aux variables entropiques liees a la densite d'entropie physique. Cette forme symetrique est explicite et compatible avec les relations de reciprocites de onsager. Nous caracterisons l'ensembles des formes normales du systeme, systemes mixtes hyperboliques-paraboliques et symetriques, ou l'on a decouple les variables hyperboliques des variables paraboliques. Deux formes normales particulierement simples sont explicitees. Nous montrons alors que le systeme sous forme normale est bien pose mathematiquement, au sens ou nous demontrons l'existence d'une solution unique au probleme de cauchy localement en temps, dans le chapitre iii, puis globalement en temps autour d'un etat stationnaire constant, dans le chapitre v. Ces resultats mathematiques d'analyse fonctionnelle reposent sur une connaissance complete des formes symetriques du systeme et sur l'etude des etats d'equilibre pour la chimie en jeu dans ces equations, pour lesquels une axiomatique thermochimique est proposee dans le chapitre iv. Nous effectuons pour terminer la resolution numerique de ce systeme d'equations dans la configuration d'une couche de melange supersonique reactive dans le chapitre vii. Le code utilise est de type volumes finis en dimension deux d'espace pour lequel les flux convectifs sont evalues par la methode des courbes de choc, avec correction d'entropie non parametree aux points soniques et les coefficients de transport, par des bibliotheques de programmes tres precises. Une etude fine de l'allumage et du developpement de la flamme dans une couche de melange air-hydrogene est presentee. Nous concluons par la perspective de l'etude des perturbations d'une telle couche de melange par ses modes propres issus de la theorie de l'instabilite lineaire
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Marsou, Souad. "Modélisation de la combustion turbulente dans un four rotatif à ciment". Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10217.
Abstract (sommario):
Dans ce travail, on s'interesse au developpement d'une technique de raffinement local de maillage pour etudier la combustion turbulente dans un four rotatif a ciment. Le but est de developper un code de simulation des flammes generees par des combustibles gazeux ou solides (charbon, coke, etc. ) capable d'etudier les phenomenes locaux qui se produisent dans un four en fonctionnement, avec une bonne precision et un cout raisonnable. Ceci est loin d'etre evident a realiser pour la geometrie d'un reel four a ciment : la longueur est generalement entre 70 et 150 metres et le rayon est entre 2 et 6 metres. Notre technique de raffinement local de maillage permet de realiser ce but. La formulation mathematique s'appuie sur les equations de conservation pour la phase gazeuse qui est supposee etre eulerienne. La resolution numerique de ces equations est basee sur une methode d'approximation de type difference finie. Une approche lagrangienne est utilisee pour la description de la phase particule. La turbulence qui est decrite par un modele a deux equations k-epsilon est traitee d'un point de vue stationnaire avec une discretisation de type volumes finis. La forte non-linearite de ce type de probleme necessite l'emploi de methodes iteratives. Un algorithme de type predicteur-correcteur est utilise pour calculer le couplage vitesse-pression dans les equations de quantite de mouvement. La turbulence et le suivi des particules font l'objet de deux traitements disjoints faisant appel l'un a l'autre au cours des iterations. Le premier chapitre est consacre a la modelisation des differentes phases prises en compte dans l'etude des flammes generees par des combustibles solides : 1- la phase gazeuse ou on a retenu le modele k-epsilon pour la turbulence et lemodele magnussen et hjertager pour calculer la vitesse de combustion homogene (celles des matieres volatiles). 2- la phase particule ou on etudie le comportement des particules solides du combustible dans le four (leurs trajectoires, leurs temperatures, leurs vitesses,. . . Etc. ). La combustion du residu solide (dite aussi combustion heterogene) est modelisee par une loi de type arrehnuis. Une etude de l'interaction entre ces deux phases est presentee a la fin de ce chapitre. Il s'agit des phenomenes de transfert de matieres et de chaleur. Le chapitre 2 est consacre a la discretisation volumes finis sur une grille decalee pour la resolution du systeme final d'equations qui modelise la phase gazeuse. Nous avons utilise le schema hybride pour approcher les flux de conservation aux interfaces des cellules de controle. Dans le chapitre 3, on presente le probleme de convergence du bilan thermique dans un four. Les chapitres 4 et 5 sont consacres a la presentation de la technique de raffinement local de maillage choisie dans le cadre de cette these et a son analyse mathematique. Dans le chapitre 6 on presente une etude de la sensibilite de la solution de ce probleme de simulation de flammes vis a vis de certains parametres empiriques lies a la definition des modeles physiques utilises dans cette modelisation. Les valeurs experimentales ne sont pas toujours disponibles et les mesures sont souvent difficiles a realiser. Finalement on presente dans le chapitre 7, le nouveau mailleur de raffinement local de maillage developpe dans le but d'une utilisation comme preprocesseur du code de calcul developpe pour etudier les flammes de combustion d un four a ciment tournant. Ce chapitre s'acheve par une description du solveur de resolution du systeme obtenu suite au raffinement local de maillage.
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Castanet, Guillaume. "Etude aérothermique d'un jet de gouttes monodispersé en évaporation et en combustion à l'aide de méthodes optiques". Nancy 1, 2004. http://www.theses.fr/2004NAN10169.
Abstract (sommario):
La compréhension des phénomènes aérothermiques se déroulant dans les chambres de combustion est essentielle pour l'optimisation des systèmes propulsifs. Des mesures optiques non-intrusives sont nécessaires pour caractériser les mécanismes régissant l'évaporation de gouttes. La fluorescence induite par laser à deux couleurs est utilisée afin de mesurer la température moyenne des gouttes et le champ de température interne pour des jets linéaires monodispersés. La taille des gouttes est déterminée à l'aide d'un analyseur phase Doppler. Un bilan énergétique permet la détermination expérimentale des nombres de Nusselt et de Sherwood en combustion. Les mouvements de circulation interne sont modélisés par un vortex de Hill dont l'intensité est ajustée à partir des mesures de température moyenne ou des cartes de température. Le transport de vapeur en phase gazeuse est étudié en déterminant la concentration en vapeur à l'aide de l'imagerie de fluorescence par plan laser sur la vapeur d'acétoneThe knowledge of aerothermal phenomena occurring in the combustion chamber is a key point in order to improve propulsive systems. Non intrusive optical diagnostics are necessary to investigate the mechanisms governing the droplets evaporation. A technique based on two colours laser-induced fluorescence allows obtaining the space averaged temperature of streaming droplets and the temperature distribution inside a droplet for linear monodisperse droplet stream. Sizes of droplets are measured with the use of a Phase Doppler Particle Analyser. An energetic budget allows to determine experimentally Nusselt and Sherwood numbers in combustion. Within droplets motions are modelled by a Hill vortex with an intensity adjusted from space averaged temperature measurements or from experimental temperature maps. Vapour transport phenomena inside the gaseous phase are studied by using the Planar Laser Induced Fluorescence technique in order to determine the concentration field of vapour
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Mokaddem, Karim. "Contribution à la validation expérimentale de deux modèles de combustion turbulente". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0685.
Abstract (sommario):
Dans cette étude notre intérêt s'est d'abord porté sur l'obtention du champ de concentration de méthane dans une flamme turbulente non prémélangée. L'obtention de ce champ scalaire est utile à la validation des codes de calcul et permet la visualisation des zones correspondant a la disparition du fuel. L'imagerie de diffusion de mie a été utilisée avec succès pour obtenir le champ de concentration de méthane. La particule de téflon s'est avérée être dans le cadre de notre écoulement un traceur fiable du méthane. Cette étude a permis de mettre en évidence le rôle de la zone de recirculation dans le processus de mélange du méthane et de l'air, de localiser la zone d'extinction et de réallumage. Il restait alors à mettre en évidence de manière qualitative, le mécanisme de stabilisation de cette flamme. L'intérêt de la visualisation d'écoulement par l'émission spontanée des radicaux c 2 a été démontré dans cette étude. L'imagerie rapide en émission spontanée C 2 a permis de mettre en évidence la présence de tourbillons de gaz en combustion éjectés de manière quasi régulière du haut de la zone de recirculation et stabilisant ainsi la partie supérieure de l'écoulement et le rôle prédominant des structures de grande échelle dans ce type d'écoulement. Un algorithme base sur l'inter corrélation d'images a été utilisé et a fourni des données de vitesse de déplacement de l'enveloppe de ces tourbillons. Une expérience de fluorescence induite des radicaux OH a été mise en œuvre afin de caractériser les zones de réaction dans l'écoulement. Les résultats ont montré l'existence d'une zone de réaction spatialement bien résolue à la périphérie de la zone de recirculation correspondant la combustion de produits issus de la décomposition du méthane et brûlant en contact du jet coannulaire d'air en produisant une quantité importante de radicaux OH. La nécessité de caractériser de manière instantanée les zones de réactions dans l'écoulement nous a donc amené à effectuer de l'imagerie simultanée de fluorescence OH et de diffusion de mie sur des particules de téflon.
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Robin, Vincent. "Contribution à la modélisation des écoulements turbulents réactifs partiellement prémélangés". Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2303.
Abstract (sommario):
Ce mémoire de thèse est consacré à la modélisation des écoulements turbulents réactifs dans des cas où les mélanges combustible-air peuvent ne pas être parfaitement prémélangés. Les hypothèses de Schvab-Zeldovich permettent alors d'utiliser seulement deux variables pour caractériser l'état thermochimique du mélange. Nous choisissons ici la fraction de mélange pour décrire la composition des gaz frais et la fraction massique de combustible Y pour évaluer l'avancement de la réaction. L'analyse repose sur le formalisme LW-P, ici étendu au second ordre en proposant une PDF jointe des scalaires et de la vitesse composée de distributions de Dirac. Nous présentons également de nouvelles fermetures algébriques pour les termes de dissipation des fluctuations des quantités scalaires associés au mélange à petite échelle. L'analyse des effets des fluctuations de pression conduit à la proposition de nouvelles fermetures des équations pour les tensions de Reynolds et des flux turbulents scalaires. Ces fermetures prennent en compte les phénomènes de production de turbulence par les flammes et de diffusion non-gradient dans des cas partiellement prémélangés. Les modèles développés ici sont implantés dans le logiciel de mécanique des fluides numérique Code-Saturne et validés en utilisant tout d'abord la configuration ORACLES du LCD puis la flamme en V turbulente étudiée expérimentalement au CORIA. Ces deux dispositifs expérimentaux permettent l'étude de la combustion partiellement prémélangée. Les simulations numériques de ces deux écoulements, utilisant le modèle LW-P, ont donné des résultats en bon accord avec les données expérimentalesThe present study is devoted to the numerical modeling of turbulent reactive flows in situations where reactants are not ideally premixed. In this case, the description of the local thermochemistry requires at least two variables. Here we chose the mixture fraction to describe the local composition of fresh mixture and the fuel mass fraction Y to evaluate the progress of the chemical reaction. The numerical model is based on the LW-P analysis but here the joint velocity-scalar discrete PDF made of Dirac delta functions is considered in the context of a second order modeling. New algebraic closures for the scalar dissipation terms are proposed to represent the mixing at small scales. Special attention is paid to the closure of pressure fluctuating terms which appear in the turbulent transport equations. The proposed closure is able to take into account the counter-gradient diffusion and flame generated turbulence effects. Numerical simulations are performed with the CFD code Code-Saturne and the model is validated using first the experimental configuration ORACLES from LCD and second the turbulent V-shaped flame studied at CORIA. Numerical results obtained for these two configurations are in good agreement with experimental data in both cases of perfectly and partially premixed turbulent reactive flows
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Torredème, Sophie. "Analyse et modélisation de la pression cylindre pour le contrôle des moteurs à allumage commandé". Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT085H.
Abstract (sommario):
Le but de cette these est de developper un modele comportemental d'un moteur a allumage commande base sur les lois de la physique. Ce modele doit etre suffisamment facile a mettre en uvre pour pouvoir servir de reference au test de strategies de commandes destinees a ameliorer le rendement du moteur sous contraintes de respect des normes anti-pollution et de non-apparition du cliquetis. Ce travail se situe donc a l'interface entre deux domaines: la mecanique des fluides et l'automatique. Les phenomenes physiques qui influencent le fonctionnement du moteur ont d'abord ete etudies. Une attention particuliere a ete portee a la combustion dont la qualite determine les performances (couple, puissance) du moteur. Une etude bibliographique ainsi qu'une classification des divers modeles de la combustion disponibles dans la litterature a ete effectuee. On distingue ainsi les modeles physiques et les modeles orientes commande. Nous avons ensuite developpe un modele thermodynamique une zone. Un formalisme de type entrees/sorties, classique en automatique, a ete retenu pour presenter un schema bloc et les equations d'etat du systeme moteur. Ce modele est utilisable comme modele predictif (calcul de la pression cylindre a partir de donnees sur la combustion) ou comme modele d'analyse (calcul de la fraction de masse brulee a partir de mesure de pression). Afin de valider notre modele, des mesures de pression cylindre ont ete realisees sur banc moteur sur des moteurs equipes de culasses usinees pour pouvoir implanter un capteur de pression piezo-electrique. Les problemes propres aux mesures de pression a l'aide de capteurs de ce type ont ete etudies. Enfin, la derniere partie est consacree d'une part a la validation et l'exploitation du modele basees sur les mesures precedentes et, d'autre part, a l'analyse experimentale des observateurs du rendement moteur en vue de son optimisation. Les correlations obtenues entre le modele et les mesures sont satisfaisantes. Les meilleurs observateurs du rendement sont, d'apres notre etude, l'angle de pression maximale qui permet de definir le reglage optimal de l'avance a l'allumage et la pression moyenne indiquee representative du couple maximal
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Leroy, Valérie. "Contribution à la modélisation des feux de forêts : Cinétique de dégradation thermique et Cinétique de combustion des végétaux". Corte, 2007. http://www.theses.fr/2007CORT4003.
Abstract (sommario):
Les travaux de modélisation des feux de forêts menés sur le plan international montrent que la problématique liée à la chimie des végétaux en condition de feu était mal connue. L’objectif de cette thèse était donc d’apporter une contribution à la compréhension de : la cinétique de dégradation thermique des végétaux, la cinétique de combustion des gaz émis lors de la pyrolyse. La dégradation thermique de végétaux méditerranéens a été étudiée par thermogravimétrie. L’utilisation d’une méthode cinétique hybride a apporté des connaissances sur la quantification de la perte de masse et le modèle cinétique de dégradation thermique des combustibles. D’autre part, la combustion d’un mélange CH4/CO/CO2 a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux. Nous avons développé, dans un premier temps, un mécanisme squelettique à partir d’un mécanisme cinétique détaillé connu traduisant l’oxydation du méthane. Puis, l’application de l’AEQS a abouti à un mécanisme réduit comprenant 4 réactions globales. Ce mécanisme réduit peut désormais être introduit dans un code de simulation plus vaste d’écoulement réactifOn the international plan, the works of forest fires modelling show that the chemistry of lignocellulosic fuels, in fire condition, was badly know. The scope of this pHD thesis was to bring a contribution to the understanding of : Thermal kinetics degradation of plants,Combustion kinetics of gases emitted during the pyrolysis. The use of a hybrid kinetic method brought knowledge on the quantification of the mass loss during degradation, and the kinetic model of thermal degradation of fuels. On the other hand the combustion of a mixture CH4/CO/CO2 was studied in a perfectly stirred reactor. At first, a skeletal mechanism was developed from a detail known mechanism of methane oxidation. In a second time, the application of steady state assumption ended a reduced mechanism including only 4 global reactions. The reduced mechanism can be henceforth introduced in a computational fluid dynamic code
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Jay, Stéphane. "Modélisation de la combustion au moyen de bilans d'aire interfaciale et de surface de flamme : application à la combustion cryotechnique". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2003. http://www.theses.fr/2003ECAP0922.
Abstract (sommario):
Le concept de densité de surface est utilisé pour modéliser les processus couplés d'atomisation, d'évaporation et de combustion pour les flammes turbulentes formées par injection d'ergols cryotechniques. Ce concept est développé dans un contexte Eulerien avec comme application l'écoulement diphasique issu d'un injecteur coaxial oxygène liquide/hydrogène gazeux. Une équation de transport pour la densité d'interface représente l'évolution de la surface du liquide au cours de l'atomisation et de l'évaporation du jet. On propose une fermeture basée sur l'analyse de la rupture primaire du jet. La densité d'aire interfaciale, couplée à une description des taux d'évaporation donne une source volumique d'oxygène vapeur. Une équation de transport pour la densité de surface de flamme est alors utilisée pour évaluer le taux de réaction volumique moyen. Celui-ci dépend d'un étirement efficace et est proportionnel à la racine carrée de la pression. Les résultats de calculs sont comparés aux données issues d'expériences récentes de combustion cryotechnique corrrespondant à différents rapports de flux de quantité de mouvement. Les concepts de densité de surface sont étendus aux cas des pressions supercritiques en réinterprétant l'équation de transport de cette quantité. Les taux de transfert de masse de l'oxygène dense vers l'oxygène à faible densité sont dans ce cas déterminés par les taux d'étirement locaux. Les différentes flammes calculées sont décrites par la répartition de la fraction de phase liquide, le taux de réaction moyen et la distribution des espèces. On retrouve la structure générale des flammes cryotechniques aussi bien à basse pression qu'à haute pression. La zone de réaction calculée est en bon accord avec la visualisation de l'émission du radical OH. Les taux de réaction sont en accord avec les valeurs estimées expérimentalement et on montre comment l'évolution de la phase liquide peut modifier la structure de flamme.
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Payet, Sandra. "Analyse de l'oxy-combustion en régime dilué par simulation des grandes échelles de la turbulence". Rouen, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAM0006.
Abstract (sommario):
L'objectif du travail est d'étudier les mécanismes physiques contrôlant la combustion turbulente en régime dilué par les produits de combustion. Une première étape consiste à analyser la structure de flammes laminaires mono-dimensionnelles de prémélange et de flammes de diffusion à contre-courant lorsque les réactifs sont dilués afin de mettre en évidence les effets de la dilution sur le comportement des flammes. Le modèle de combustion turbulente PCM-FPI développé par le CORIA est implanté dans le code LES et validé, avec succès, sur une expérience de flamme CH4 / air décrochée du brûleur en régime partiellement prémélangé et diluée par des produits issus de la combustion H2/air (Cabra 2005). La dernière partie du travail présenté est consacrée à l'application de la méthode PCM-FPI sur une configuration simplifiée de brûleurs fonctionnant à l'oxygène pur. Un diagramme de stabilité dépendant des paramètres influençant la stabilisation (vitesses de coflow et dilution) est proposé.
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Peter, Mylène. "Réactivité des oxydes d'azote formés lors de la combustion de charbon en lit fluidisé circulant : modélisation des réactions de destruction". Mulhouse, 2000. http://www.theses.fr/2000MULH0616.
Abstract (sommario):
Les lits fluidisés circulants ont connu un développement important car ils répondent à deux soucis majeurs : brûler des charbons de pouvoir calorifique bas et satisfaire aux normes sur les émissions de polluants. Les normes concernant les émissions d'oxydes d'azote devenant de plus en plus strictes, la minimisation des rejets apparaît donc indispensable. NO et N2O sont générés par des processus chimiques hétérogènes et homogènes. Parallèlement aux réactions de formation ont lieu des réactions de réduction en phase hétérogène et homogène. Les réactions hétérogènes ont lieu à la surface du solide carboné issu de la dévolatilisation du charbon. Cette étude a permis de montrer que le comportement des solides carbonés étudiés était similaire quel que soit le polluant. La température est le facteur le plus important, l'influence de la masse de solide est relativement faible et la température de préparation du solide carboné et la concentration en polluant sont les facteurs dont l'influence n'a pu être décelée. Le solide carboné lignite est le plus réactif pour réduire NO et N20. Deux éléments minéraux, le calcium et le fer, sont connus pour leurs propriétés catalytiques, le premier dans la réduction de NO et le second dans celle deN2O et la réactivité de l'échantillon augmente avec la teneur en fer ou calcium. La perte d'activité des solides carbonés après leur déminéralisation confirme le rôle catalytique des matières minérales. Un modèle cinétique dont l'objectif est de prévoir les taux de réduction de NO et N20 par le solide carboné a été élaboré. La combustion de charbon et de solide carbone a été étudiée ainsi que le rôle de la température du réacteur, de la concentration en oxygène et de la masse de solide dans le réacteur. La présence de matières volatiles augmente les émissions finales d'oxydes d'azote et celle de sable diminue dans tous les cas ces émissions.
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Rego, Rui. "Sur un modèle non linéaire d'interaction entre flamme et acoustique". Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2304.
Abstract (sommario):
Les flammes prémélangées peuvent être représentées comme des interfaces minces et actives, un point de vue qu'on adopte ici. Alors qu'existent des approches asymptotiques, fournissant des Equations d'Evolution (EE) du 1er-order-en temps qui soient précises, elles cessent d'être applicables lorsque les accélérations sont non négligeables. Pourtant, on peut bâtir quelques EE, capables de prendre en compte les effets les à l'accélération : celles-ci liés à découlent d'arguments de symétrie, de la phénoménologie disponible et leur consistance avec des cas-limite connus. De telles EE peuvent prendre en compte des effets d'accélération, externes ou induites, et de la non-linéarité d'Huygens, pourvu que la invariance Galiléen fût vérifie. Ce modèle couple la dynamique de la forme de flamme (méthode Fourier pseudo-spectrale) et l'acoustique externe, elle-même linéaire en moyenne. Tous les tests portant sur la réponse de notre modèle de flamme à une accélération imposée ont étés validés, même en régime non-linéaire. Ce système-modèle, global et non-linéaire, est résolu numériquement dans le cas de flammes se propageant le long d'un tube, par exemple. Des extensions sont aussi envisagéesPremixed flames may be considered as thin active interfaces, a point of view that we adopt here. Whereas accurate asymptotic expansions methods exist to obtain first-order-in-time Evolution Equations, whenever flow-field accelerations intervene those methods fail to provide an unambiguous answer. Still, suitable designed Evolution Equations that are able to handle with flow accelerations are tailored, based on phenomenological grounds, symmetry arguments, and consistency with known limiting cases. Those describe flame dynamics by a second-order-in-time Evolution Equation, with a geometrical non-linearity stemming from normal (Huygens) propagation, the density change, the overall geometry, and the inertia-induced gravitational forcing, provided that Galilean invariance is fulfilled. This flame EE model is numerically coupled with its self-induced acceleration field, where linear acoustics is shown to prevail on transverse average. The flame-shape evolution is handled via a Fourier pseudo-spectral method, which is checked against flame responses to prescribed accelerations successfully, even in the nonlinear regime. This nonlinear, global, system model is solved for flames in tubes as an example. Follow-on studies are also envisaged
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Hua, Yulong. "Modelling and simulation of circulating fluidized bed combustors : solid segregation, radiative heat transfer and coal combustion". Perpignan, 2004. http://www.theses.fr/2004PERP0570.
Abstract (sommario):
This dissertation aims to develop an overall mathematical model of circulating fluidized bed (CFB) combustors on up-to-date theories and experimental data of previous research work. Since solid exhibits a wide particle size distribution in a CFB boiler, a hydrodynamic model based on the semi-empirical approach is developed to approximate the local particle size distribution in CFB. The core/annulus flow structure is applied to this model and the particles in the bed are discretized into several size groups. The model accounts for the disintegration and shrinking of coal particles during the combustion process of each group of particles. It shows that coarser particles are gathered near the walls and the average particle diameter decreases along the boiler height, and this trend is more significant in the splash region. A three-dimensional model is developed to predict the bed-to-wall radiative heat transfer coefficient in the upper dilute zone of CFB combustors. The radiative transfer equation is solved by the discrete ordinates method. The Mie scattering theory is applied to calculate the absorption and scattering efficiency factors of particles existing in CFB combustors. The model considers the influences of the particle properties (including particle size distribution, particle optical constants and solid composition) on the radiative heat transfer coefficient. Simulation results show that the particle properties have significant influences on the bed-to-wall radiative heat transfer coefficient in CFB combustors. A coal combustion model is developed combined to the hydrodynamic model and heat transfer modelL'objectif de ce travail est de développer un modèle mathématique global d'une chaudière à lit fluidisé circulant (LFC) à partir des théories les plus récentes et des résultats expérimentaux issus de la bibliographie. Un modèle hydrodynamique basé sur une approche semi-empirique est développé pour estimer localement la distribution de taille de particules dans le LFC. Une structure de flux solide de type cœur/anneau est appliquée dans le modèle, et la population de particules est discrétisée en plusieurs groupes de différentes tailles. Il montre que les particules les plus grosses se regroupent près des parois et que le diamètre moyen décroît avec la hauteur dans la chaudière, et cette tendance est encore plus forte dans la zone de projections. Un modèle à trois dimensions est développé pour calculer le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement dans la zone diluée supérieure des chaudières à LFC. L'équation de transfert radiatif est résolue par la méthode des ordonnées discrètes. La théorie de Mie est appliquée pour calculer les efficacités d'absorption et de diffusion des particules présentes dans le LFC. Le modèle traite de l'influence des propriétés des particules (distribution de taille, propriétés optiques, composition des la phase solide) sur le coefficient de transfert de chaleur par rayonnement. Les résultats de la simulation montrent que les propriétés des particules ont une influence importante sur les échanges radiatifs dans les chaudières à LFC. Un modèle de combustion de charbon combiné au modèle hydrodynamique est développé
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Galindo, Sabine. "Production simultanée de sucres et d'éthanol à partir de biomasse végétale". Montpellier 2, 1996. http://www.theses.fr/1996MON20067.
Abstract (sommario):
Les tubercules de topinambour possedent une reserve glucidique essentiellement composee par des polyfructosanes de type inuline dont le degre de polymerisation moyen depend de la date de recolte des tubercules. La production simultanee d'ethanol et de sirops d'inuline enrichis en fructose est realisable par fermentation selective d'extraits de topinambour par la souche saccharomyces diastaticus ncyc 625 a faible activite inulinasique. Les extraits provenant de recoltes tardives sont plus fermentescibles que ceux issus de recoltes precoces contenant de l'inuline plus polymerisee: l'hydrolyse des polymeres est l'etape limitante du processus fermentaire. Les fermentations ont ete realisees en batch ainsi qu'en chemostat et en reacteur gas-lift utilisant le caractere floculant de la souche pour un recyclage par decantation. Les cultures continues permettent d'ajuster les productions de sucres et d'ethanol en fonction du taux de dilution du milieu. L'accroissement significatif de la biomasse dans le reacteur gas-lift permet une amelioration de l'enrichissement en fructose mais pas de la productivite en ethanol. Une limitation de la diffusion dans les flocs de levures due a un changement de leur structure et de leur taille peut expliquer ces resultats. La comparaison de l'activite fructosidasique des flocs et des cellules sur differents substrats polymerises permet de confirmer ces observations ainsi que le fait que l'hydrolyse est bien l'etape limitante de la fermentation. Les parametres cinetiques et fermentaires obtenus au cours des differentes experiences ont permis de modeliser la reaction d'hydrolyse afin de prevoir les productions de sucres et d'ethanol a partir d'extraits de topinambour differemment polymerises. Le principe de la modelisation est base sur le fait que la concentration residuaire d'un polymere depend a la fois de sa diffusion a l'interieur du floc, de sa propre hydrolyse et de celle du polymere superieur
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Ait-Mansour, Rachid. "Décomposition de domaine et analyse asymptotique appliquée en combustion". Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10197.
Abstract (sommario):
De nouvelles technologies de synthese de polymeres mettent en jeu un front exothermique de reaction autopropage. La simulation numerique du probleme etudie met en jeu plusieurs aspects : la presence de l'operateur -+id, un calcul intensif qui justifie l'etude d'algorithmes paralleles adaptes, un phenomene de couche limite qui introduit une decomposition de domaine naturelle et enfin un calcul tres sensible a la precision numerique qui necessite l'utilisation de schemas d'ordre eleve. L'objectif de ce travail est d'etudier des methodes de decomposition de domaine et leur parallelisme, dans le cadre de l'approximation de l'operateur -+id, pour des schemas aux differences d'ordre eleve (differences finies d'ordre 4, par exemple). Le premier chapitre est ainsi consacre a l'implementation parallele des methodes de jacobi et de gauss-seidel relaxees par des methodes de partitionnement. La recherche d'une implementation optimale de l'algorithme ainsi que les limites du parallelisme sont etudiees. Le second chapitre comporte une etude d'une methode de decomposition de domaine avec faible recouvrement dans le cadre de l'operateur -+id. Apres une discretisation a l'aide de differences finies d'ordre eleve, une methode alternee de schwarz optimale est recherchee. Des resultats de stabilite et de convergence, a l'aide de techniques de developpements asymptotiques, sont etablis. Les resultats sont alors appliques, dans le troisieme chapitre, a deux situations classiques en combustion et en mecanique des fluides, qui composent la difficulte du probleme de polymeres.
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PIANA, JULIEN. "Etude de l'application des simulations aux grandes échelles à la combustion turbulente prémélangée". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0529.
Abstract (sommario):
Ce travail se place dans le cadre de la simulation aux grandes échelles (les) de la combustion turbulente. Le but des simulations les est de résoudre les structures de grande taille et de modéliser les effets des petites structures par des modèles de sous-maille. L'intérêt de ces méthodes est de décrire les phénomènes instationnaires, fortement turbulents, notamment dans des configurations géométriques complexes. Elles constituent à cet égard un outil attractif pour la simulation de la combustion turbulente dans des configurations industrielles. Cependant représenter la combustion dans ce contexte pose des problèmes particuliers devant être résolus par des méthodes spécifiques. Dans ce mémoire, nous étudions notamment une description cinématique de la combustion pour laquelle il convient d'estimer les effets de la turbulence sur la vitesse de flamme. L'analyse de la géométrie de la flamme peut nous apporter à cet effet des informations utiles. Nous avons donc mené une étude expérimentale sur une flamme turbulente prémelangée afin de caractériser, par visualisation tomographique, la géométrie du front de flamme. Les mesures du plissement de la flamme nous ont permis de proposer un modèle de sous-maille pour la vitesse de flamme. Des mesures de vélocimétrie laser ont par ailleurs apporté des informations complémentaires sur la dynamique de la flamme. La méthode basée sur la représentation cinématique du front de flamme a été ensuite développée de façon détaillée. Le front de flamme y est défini à partir d'une variable de progrès appelée G et son évolution est exprimée par une équation pour G. Le couplage entre la combustion et l'écoulement est assure par un modèle spécifique pour le dégagement de chaleur que nous avons proposé et étudié. Dans une première étape de validation nous avons comparé cette méthode avec la simulation directe dans des configurations bidimensionnelles spatialement résolues. Ensuite, le modèle est utilisé dans une simulation les reactive 3d dans le cas d'un écoulement fortement turbulente (RE = 50. 000). Finalement, une alternative aux calculs les traditionnels est présentée. Elle s'appuie sur les algorithmes FCT (flux corrected transport) dont les propriétés numériques dissipatives ont des effets comparables à la dissipation de sous-maille introduite dans les simulations aux grandes échelles. Nous avons étudié leur sensibilité à la résolution numérique dans un calcul de couche de mélange réactivé. Lorsque la résolution diminue, le mélange est toujours correctement représente mais cette méthode ne permet pas une bonne description de l'allumage de la couche de mélange ; ceci montre également la nécessité de représenter la combustion non-prémelangée par des modèles spécifiques aux méthodes LES.
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Pinheiro, Paulo. "Étude de la combustion des mélanges charbon-eau et du charbon pulvérulent sec dans un foyer pilote de 100 kW". Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD055.
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Laurent, Frédérique. "Modélisation mathématique et numérique de la combustion de brouillards de gouttes polydispersés". Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00185806.
Abstract (sommario):
On introduit un modèle multi-fluides eulérien pour décrire l'évolution de sprays polydispersés dans des flammes diphasiques. Nous montrons que ce modèle peut être obtenu à partir d'un niveau cinétique de description. Il peut ainsi prendre en compte des interactions entre gouttes d'inerties différentes, comme la coalescence, ce qui n'avait jamais été fait avec un modèle eulérien. Il est validé par des comparaisons avec des mesures expérimentales pour le cas des sprays dilués sur des configurations de flammes laminaires de diffusion à contre-courant. Il est également comparé numériquement à des méthodes d'échantillonnages dans des cas de sprays dilués ou denses. D'autre part, son analyse numérique est menée dans un cas simplifié où seule subsiste l'évaporation. Cette analyse nous permet d'introduire d'autres méthodes numériques d'ordre arbitrairement élevé pour discrétiser l'espace des phases en taille et décrire l'évaporation. Elle nous permet aussi de considérer la propagation de flammes planes de prémélange, en présence d'un spray polydispersé. Cette configuration est décrite par un système de réaction-diffusion pour un modèle thermo-diffusif du gaz couplé au modèle cinétique du spray. La propagation de telles flammes est décrite par des ondes progressives du système complet. Pour en étudier l'existence, on utilise des méthodes de degré topologique pour des opérateurs elliptiques dans des domaines non bornés. Cependant, le modèle cinétique introduit une EDP hyperbolique. Les résultats d'analyse numérique permettent d'envisager une discrétisation de l'espace des tailles de gouttes, afin de se ramener à un système dynamique de dimension finie. Il reste à ajouter une diffusion dans la partie hyperbolique du système, afin d'obtenir un système elliptique et pouvoir appliquer une méthode de degré topologique. En passant à la limite sur la diffusion, puis sur le pas de discrétisation, on montre l'existence de flamme plane se propageant, en présence d'un spray polydispersé.
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George, Erwin. "Modélisation et simulations de l'auto-allumage de mélanges hydrocarbures/hydrogènes dans un écoulement supersonique coaxial confiné d'air chaud". Rouen, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAM0001.
Abstract (sommario):
L'objet de ce travail est de mettre en évidence l'importance du micromélange entre l'oxydant et le combustible en combustion supersonique. Pour montrer cela, le modèle de micromélange EVM a été développé et validé. Ce modèle, utilisé dans des simulations numériques aux grandes échelles (LES), a été confronté aux données expérimentales des essais en combustion supersonique du LAERTE (ONERA). Il a montré sa capacité à décrire avec une bonne précision les paramètres principaux (délais d'allumage, niveaux de pression, etc. . . ) des écoulements supersoniques réactifs de mélanges hydrocarbures/hydrogènes dans le foyer de superstatoréacteur.
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Préau, Alexandre. "Etude de la pyrolyse de composés lignocellulosiques et modélisation de ce processus". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2007. http://www.theses.fr/2007INPL011N/document.
Abstract (sommario):
L’étude de la pyrolyse de composés lignocellulosiques s’avère importante pour une meilleure compréhension des procédés de conversion thermochimiques de la biomasse. L’étude expérimentale de la pyrolyse de cellulose révèle que le rendement en résidu solide carboné dépend aussi bien des paramètres opératoires utilisés que des caractéristiques géométriques de l’échantillon. Ces résultats expérimentaux sont élargis à des matériaux naturels, et notamment la lignine et l’hémicellulose. Cette étude est complétée en identifiant les phénomènes thermiques intervenant lors de ce processus par analyse thermique différentielle des constituants de la biomasse. L’ensemble de ces résultats permet d’effectuer une modélisation de ce processus prédisant le profil de température ainsi que la conversion de la réaction de pyrolyse d’un échantillon cylindrique de bois naturel (hêtre, chêne). Enfin, un exemple de valorisation du matériau pyrolysé, à savoir la production de charbons actifs est présentéeA study of pyrolysis of lignocellulosic materials is of crucial interest in a better understanding of the thermochemical conversion process of biomass. Experimental study of the pyrolysis of cellulose reveals that the yield of the carbon solid residue depends as well as operating conditions than the geometric characteristics of the sample. These results have been widened to natural materials, such as lignin and hemicellulose. This study has been completed by identifying the different thermal phenomenas occurring during this process by differential thermal analysis of the main components of biomass. All these results allow us to carry out a mathematical model of the process predicting the temperature profile and the conversion of the pyrolysis of a cylindrical wood sample. Finally, a valorisation’s example of the pyrolysed material, in the form of the production of activated carbons is presented
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Ben, Dakhlia Rafik. "Combustion stationnaire et instationnaire de mélanges diphasiques". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2001. http://www.theses.fr/2001ECAP0859.
Abstract (sommario):
Les travaux réalisés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension de la combustion stationnaire et instationnaire de mélanges diphasiques en prenant en compte une cinétique chimique complexe et des propriétés de transport détaillées. On présente d’abord différentes modélisations des milieux polyphasiques réactifs pour établir à partir d’un cadre cinétique une approche originale « multirayons ». Ce cadre formel est d’abord utilisé pour étudier numériquement les flammes de diffusion à contre-courant diphasiques et les flammes prémélangées planes non-étirées. Ces travaux ont permis des études paramétriques montrant d’une part que la fonction donnant l’évolution du taux de dégagement de chaleur en fonction de l’étirement est linéaire pour des flammes diphasiques, alors qu’elle suit la forme de la racine carrée de l’étirement pour les flammes gazeuses. D’autre part, des études paramétriques de flammes prémélangées diphasiques où l’on a fait varier la richesse, la fraction liquide de combustible injecté et la taille des gouttes montrent les différences importantes entre les flammes diphasiques et les flammes gazeuses. L’analyse porte ensuite sur l’évaporation d’une goutte isolée en prenant en compte l’effet Soret. On étudie l’impact de la diffusion multiespèce sur les flammes diphasiques à contre-courant et on montre que la prise en compte de l’effet Soret est nécessaire pour prédire correctement des flammes laminaires diphasiques lorsque le rapport massique combustible/diluant est important. Des simulations numériques directes de mélanges turbulents avec brouillards de gouttelettes sont ensuite effectuées et permettent de montrer que les gouttes sont rapidement convectées dans les zones où la vorticité est minimale. Cette partie doit être vue comme une première contribution à la compréhension des phénomènes instationnaires en combustion turbulente diphasique. Enfin, la dernière partie de l’étude concerne la simulation numérique directe d’une flamme prémélangée de méthanol en prenant en compte une cinétique chimique complexe et des propriétés de transport détaillées. On donne notamment une première simulation de l’interaction entre une paire de tourbillons contra-rotatifs et la flamme.
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Auchet, Olivier. "Contribution à la modélisation simplifiée des fours verriers". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2005_AUCHET_O.pdf.
Abstract (sommario):
Les fours verriers industriels opèrent la fusion et la préparation d'un mélange vitrifiable pour le formage. Dans une cuve réfractaire, les masses subissent les processus d'élaboration du verre grâce à l'apport d'énergie par combustion. Pour assurer une qualité maximale du produit tout en respectant les contraintes de fonctionnement, le pilotage des fours est optimisé, notamment grâce aux algorithmes de commande prédictive. Pour ces applications en temps réel, des modèles rapides du four sont nécessaires. Parmi les approches de modélisation rapide, on a choisi ici d'écrire les premiers principes sur une géométrie de four simplifiée moyennant des simplifications sur la structure de l'écoulement et la combustion. Le modèle est du type zonal et fournit les profils moyens de température du four. Le travail a été concentré sur la chambre de combustion et l'originalité tient dans la possibilité de caler le modèle grâce à des paramètres empiriques sur la vitesse de combustionIndustrial glass furnaces operate the fusion and the preparation of a vitrifiable mixture before the forming. Inside a refractory enclosure, the masses are mixed and undergo the glass elaboration processes thanks to the energy input by combustion. To ensure an optimal quality of the product while respecting the operating constraints, the furnace control is optimized, particularly thanks to predictive control algorithms. For these real-time applications, rapid models of the furnace are required. Among the various simplified modelling methods, we chose here to write the first-principles on a simplified geometry, making simplifying assumptions on the flow structure and combustion model. The model is of zonai type and gives the temperature mean profiles in the furnace. The work was mainly focused on the combustion chamber, and the originality remains in the possibility to tu ne the model thanks to empirical parameters on the combustion rate
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Taik, Ahmed. "Modélisation et analyse asymptotique des fronts de réaction". Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10104.
Abstract (sommario):
Nous avons etudie la polymerisation frontale d'un monomere dans le cas ou le produit est solide, puis dans le cas ou le produit est liquide. Pour ce faire, nous avons utilise une approche analytique basee sur la methode de la zone infiniment etroite. Cette methode a ete proposee originellement par zeldovich et frank-kamenetsky. L'idee de cette methode est la suivante: pour une energie d'activation assez grande, la reaction se produit dans une zone tres mince. A l'exterieur de cette zone, le terme source de la reaction est negligeable. Comme consequence on obtient, par passage a la limite, un probleme d'interface ou le terme source est ommis et remplace par certaines conditions de saut au voisinage de l'interface. Cette approche peut etre justifiee par la methode des developpements asymptotiques raccordes. Deux types d'instabilite du front peuvent etre mis en evidence. 1. Une instabilite cellulaire correspond au cas ou la valeur propre du probleme linearise autour de la solution stationnaire passe du demi-plan complexe gauche a celui de droite en traversant l'origine. 2. Une instabilite oscillatoire correspond au cas ou les deux valeurs propres complexes conjuguees, de parties imaginaires non nulles, intersectent l'axe imaginaire. Une bifurcation comme celle de hopf peut avoir lieu dans ce cas. Les effets thermique, hydrodynamique et convectif sont a l'origine des divers types d'instabilites dont on a etudie les interactions. Nous avons mene une etude similaire de stabilite de front de combustion pour le cas des gaz ; nous avons considere le modele d'une flamme cylindrique entretenue par deux reactions sequentielles
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Lauvergne, Romain. "Contribution à la modélisation de la combustion turbulente en milieu stratifié". Toulouse, INPT, 2001. http://www.theses.fr/2001INPT047H.
Abstract (sommario):
La combustion dans les moteurs à Injection Directe d'Essence présente des particularités fortes : pressions et températures élevées, richesse du mélange air/carburant variable. La simulation numérique directe de flammes laminaires de prémélange est utilisée pour caractériser localement la combustion dans ces conditions. Un code de simulation numérique monodimensionnelle, basé sur une cinétique chimique et des coefficients de transport complexes est alors adapté au problème posé. Dans un premier temps, une base de donnée de vitesses de propagation de flamme dans un mélange air/isooctane est élaborée, couvrant un vaste domaine de conditions de pression, température, richesse et dilution. Dans une seconde phase, la réponse instationnaire du taux de consommation de la flamme est étudiée, imposant devant le front de flamme une variation sinusoi͏̈dale de richesse. Il apparait que la réponse de la flamme peut être reliée à sa réponse stationnaire si l'on identifie un paramètre de contrôle instantané pertinent : dans le cas de la réponse en terme de taux de réaction du carburant, on montre que ce paramètre de contrôle est la fraction de mélange déterminée dans la zone de fort taux de réaction du carburant. Dans le cas instationnaire, cette fraction de mélange peut être différente de la fraction de mélange connue dans les gaz frais. Cette différence est modélisée, permettant alors de connaitre la réponse instantanée de la flamme uniquement à partir de l'information disponible dans les gaz frais. Les informations issues de ces calculs fondamentaux sont alors introduites dans un second code de calcul, dédié à la combustion dans les moteurs (formalisme RANS : Reynolds Averaged Navier Stokes), à travers un modèle de combustion turbulente de type flammelette. Un calcul applicatif moteur conclut ce travail, analysant les apports potentiels des modifications introduites dans le modèle de combustion.
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Maref, Wahid. "Modélisation des champs thermique et dynamique des écoulements turbulents en régime instationnaire dans un conduit de fumée : contribution à l'étude du phénomène de condensation des gaz de combustion". Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT054H.
Abstract (sommario):
On a modelise les champs thermique et dynamique des ecoulements dans le conduit de fumee d'une installation domestique. Le regime d'ecoulement est turbulent (nombre de reynolds voisin de 4500 ; effet de la singularite d'entree). On etudie le fonctionnement en regime continu etabli, base de reference et en regime cyclique, plus proche du fonctionnement reel de la chaudiere. On adopte une approche monophasique et incompressible pour les equations de l'ecoulement, l'hypothese de boussinesq pour le couplage avec le champ de temperature et le modele k-epsilon pour la prise en compte de la turbulence. La resolution est faite a l'aide du code phoenics. Le modele a ete valide par une etude experimentale des temperatures et des vitesses du fluide en ecoulement et des temperatures et des pressions a la paroi, dans un conduit en verre en vraie grandeur (8 m de hauteur et 0,13 m de diametre). Ce conduit est raccorde a une chaudiere de faible puissance (23 kw) fonctionnant au gaz naturel. La comparaison des resultats experimentaux et de calcul, consacree principalement aux profils de temperatures du fluide et de la paroi, montre une bonne concordance pour les deux regimes de fonctionnement. L'apparition et le developpement de la condensation a la paroi du conduit transparent sont decrits et les debits de condensat sont determines. Le champ thermique qui provoque la condensation n'est pas affecte par la condensation alors que le champ dynamique est faiblement modifie. Ainsi ce modele est applicable pour l'etude d'autres installations et d'autres regimes non stationnaires de fonctionnement
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Fiorina, Benoît. "Modélisation de la combustion turbulente pour l'amélioration de la prédiction des polluants dans un brûleur industriel". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2004. http://www.theses.fr/2004ECAP0969.
Abstract (sommario):
Face aux contraintes économiques et environnementales, les concepteurs d'équipements thermiques industriels cherchent à maîtriser les systèmes de combustions. La simulation numérique est devenue un outil de développement aujourd'hui très répandu dans le secteur industriel. Pour prédire avec précision la forme de la flamme, le champ de température ou encore la formation des polluants, il est nécessaire de tenir compte des interactions entre la mécanique des fluides, la chimie et les transferts thermiques. Le développement d'un nouveau modèle de combustion turbulente fait l'objet de ce manuscrit. Une méthode de tabulation de la cinétique chimique, appelée FPI est introduite. Cette approche suppose que la structure chimique d'une flamme peut être reproduite à l'aide de flammes laminaires 1-D prémélangées adiabatiques. A l'aide de résultats obtenus sur des flammes 1-D à contre-courant, il est observé que ce modèle est adapté aux flammes prémélangées et à certaines flammes partiellement prémélangées. Il est notamment utilisé avec succès pour simuler des flammes partiellement prémélangées 2-D laminaires soumises à des pertes thermiques. La méthode FPI est introduite dans un modèle de combustion turbulente via des fonctions de densité de probabilité présumées. Une nouvelle loi de fermeture du taux de dissipation scalaire de l'avancement de la réaction, basée à la fois sur l'échelle de temps de la turbulence et sur la densité de surface de flamme, est proposée. Le modèle de combustion turbulente est appliqué successivement à deux configurations prémélangée et partiellement prémélangée, préalablement étudiées de manière approfondie en laboratoire puis à une chaudière industrielleIn the view of economical and environmental constraints, industrial combustion system designers need both to optimise their process and to control pollutant emissions. Because of the progress in combustion modelling and the dramatic increase in computer power, numerical simulation is employed most oftenly in recent years. Combustion is the result of interactions between fluid dynamics, chemistry and heat transfers. In order to accurately predict the flame shape, the temperature distribution and the pollutant formation, one needs to take into account major properties of these phenomena. This manuscript deals with the development of a new turbulent combustion model. In order to take into account both the impact of heat losses and that of the detailed chemistry on hydrocarbon combustion, a tabulated chemistry method, called FPI, is introduced. This model assumes that the chemical flame structure can be mapped with a set of 1-D adiabatic laminar premixed flames. In the light of numerical results of 1-D counter-flow flames, it is observed that this assumption is valid for premixed and some partially premixed flames. The FPI model is successfully applied to 2-D partially premixed laminar flames submitted to heat losses. The FPI method is introduced in a turbulent combustion model using presumed PDF (Probability Density Function). A new closure for the scalar dissipation rate that includes an estimation of the coupling between flame wrinkling and micromixing is proposed. The turbulent combustion model is successively applied to premixed and partially-premixed flames, widely investigated in laboratories. Finally, the model is used to simulate an industrial high-power boiler
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Barthémémy, Audrey. "Modélisation numérique de la combustion dans les chambres de statoréacteurs". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2002. http://www.theses.fr/2002ECAP0894.
Abstract (sommario):
Ce projet de recherche concerne la modélisation de la combustion pour les statoréacteurs à injection liquide. Une analyse d'échelles montre que la combustion s'effectue au travers de surfaces et peut être modélisée à l'aide d'une densité de surface de flamme (modèle de flamme cohérente). A partir de calculs en chimie complexe et transport détaillé, une base de données de flammes prémélangées est établie pour le méthane, propane, et n-décane. Des développements sont par la suite effectués pour tenir compte de la nature confinée des configurations. Pour les flammes de diffusion, une première modélisation de l'interaction avec les parois est proposée à partir de calculs en configuration à contre-courant. Enfin, un nouveau modèle de combustion turbulente étagée, le CFM-S, est développé pour le régime partiellement prémélangé. L'application de ces différents travaux sur une configuration réelle conduit à des résultats satisfaisants par comparaison aux données expérimentales.
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Barbeau, Bertrand. "Modélisation de la combustion diphasique en vue de la simulation d'un injecteur cryotechnique". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1999. http://www.theses.fr/1999ECAP0617.
Abstract (sommario):
Une étude paramétrique de l'interaction monodimensionnelle entre une flamme et un brouillard de gouttelettes en suspension dans un prémélange gazeux a d'abord permis de dégager des paramètres fondamentaux pour ce type d'interaction. Les conclusions générales de cette étude sont applicables à tout type de prémélange diphasique. Dans un second temps, un modèle de combustion diphasique adapte à la combustion cryotechnique a été proposé sur la base de résultats de simulations numériques. Ce nouveau modèle permet de rendre compte de l'interaction entre une flamme de diffusion hydrogène/oxygène et un brouillard de gouttes d'oxygène liquide. La troisième et dernière partie du travail est consacrée à la simulation d'un injecteur cryotechnique. Il a été démontré que la nature du brouillard a une grande influence sur la zone de réaction. La comparaison des résultats issus de la simulation numérique et du banc expérimental montre que la prédictivé du code de calcul et des modèles utilisés est bonne même si il est démontré que certains phénomènes physiques sont mal pris en compte. Quelques voies d'investigation en vue de l'amélioration des simulations sont proposées en perspective.
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Zurbach, Stéphan. "Modélisation de la combustion turbulente non-prémélangée avec prise en compte d'une cinétique chimique detaillée". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0562.
Abstract (sommario):
Une contribution à la modélisation de la combustion turbulente non-prémélangée avec prise en compte d'une cinétique chimique détaillée est présentée. Dans un premier temps, deux méthodes de réduction de la cinétique chimique sont présentées : une méthode empirique basée sur des hypothèses d'équilibre partiel et une méthode de réduction automatique appelée « Intrinsic Low-Dimensional Manifold » (ILDM). Cette dernière permet de réduire des schémas cinétiques complets localement dans l'espace des compositions en optimisant les hypothèses effectuées. Le schéma simplifié est alors décrit par un nombre réduit de variables d'avancement. Dans un deuxième temps, la densité de probabilité jointe de la composition (pdf) est déterminée. Deux approches sont alors décrites : l'approche pdf présumée et la résolution de l'équation de transport de la pdf jointe. Une pdf jointe présumée multiscalaire en bêta est présentée. L'évolution qualitative de la pdf de la composition est retrouvée mais l'extension de cette approche à un nombre plus important de scalaires est nécessaire. Un code de Monte-Carlo eulérien, résolvant l'équation de transport de la pdf de la composition est ensuite mis en œuvre et validé par le calcul de deux flammes jets de diffusion turbulentes. Bien que le nombre de variables du schéma simplifie par la méthode « ILDM » soit insuffisant pour fournir une bonne description des processus chimiques se produisant loin de la stœchiométrie et pour de forts étirements du front de flamme, l'extinction partielle de la première flamme est prédite qualitativement. Concernant la deuxième flamme, on montre la capacité de la méthode à prédire les variations de la pdf de la température et le suréquilibre radicalaire, dont la prédiction est nécessaire au calcul de polluants.
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Chalet, David. "Étude et modélisation des ondes de pression dans les géométries complexes : application à la simulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne". Nantes, 2003. http://www.theses.fr/2003NANT2089.
Abstract (sommario):
Cette thèse traite des phénomènes de propagation des ondes de pression dans les systèmes d'admission et d'échappement des moteurs à combustion interne. Ces derniers sont constitués d'éléments tubulaires reliés entre eux par différents type de singularités (coude, jonction, collecteur, boîtier papillon,) qui affectent la forme des ondes engendrées par l'ouverture et la fermeture des soupapes. La démarche mise en œuvre pour comprendre et analyser les phénomènes observés consiste à améliorer le logiciel SELENDIA (développé au laboratoire) simulant le fonctionnement d'un moteur complet. L'objectif est de remplacer la méthode de vidange remplissage pour les systèmes d'admission et d'échappement par une modélisation unidimensionnelle. La première étape repose sur la détermination du schéma numérique le mieux adapté à la résolution des équations de la dynamique des gaz. Puis, chacune des singularités est caractérisée par une étude au moyen d'un code de calcul CFD accompagnée d'une validation expérimentale sur un tube à chocs. L'ensemble des modèles développés est ensuite intégré au sein du logiciel de simulation du fonctionnement des moteurs. La validation de toute la procédure est finalement réalisée par comparaison avec des mesures effectuées sur un moteur test, instrumenté spécifiquement pour cette étude. Le logiciel ainsi obtenu se présente comme un moyen d'analyse des phénomènes observés au banc d'essais, mais aussi d'assistance à la conception et à l'optimisation des moteurs à combustion interne.