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Auteur(s)
-
Roland BORGHI : Ingénieur de l’École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace (ENSAE) - Professeur à l’Université de la Méditerranée, Aix-Marseille II
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les flammes et foyers utilisés en pratique sont de formes très diverses. Dans la grande majorité des cas, la turbulence de l’écoulement des gaz y joue un rôle de premier plan et c’est son interaction avec les phénomènes de combustion qui permet les fortes intensités volumiques de dégagement de chaleur qui ont été obtenues.
La prévision, même seulement qualitative, des propriétés intéressant l’ingénieur s’y est révélée très délicate en corrélant simplement les données empiriques existantes.
Cependant, des recherches plus raisonnées menées depuis une trentaine d’années, utilisant la modélisation et le calcul par ordinateurs, ont permis d’établir des bases solides pour un ensemble de méthodes de prévision qui combinent la réflexion théorique et les connaissances expérimentales.
Dans cet article, nous décrivons les principes de base de ces méthodes, en expliquant les principales caractéristiques, et présentons quelques exemples de leurs possibilités.
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4. Modèles à chimie non infiniment rapide
4.1 Différents aspects du problème
Ce n’est que dans le domaine des flammes plissées de la figure 7 que la chimie peut être considérée infiniment rapide. La prise en compte de flammes ressortissant des autres types, épaissies et plissées ou seulement épaissies, ou même de flammes trop proches de ces dernières, demande de faire intervenir dans le modèle, d’une façon ou d’une autre, les caractéristiques de vitesse des réactions chimiques de combustion.
Les problèmes de prévision des domaines de stabilité des foyers turbulents, de la quantité de produits polluants libérée, sont des problèmes pratiques où il est nécessaire de faire intervenir ces données chimiques. Les réactions de combustion près des limites d’extinction, ou les réactions de pollution, ne peuvent en aucun cas être considérées comme très rapides.
Le détail des réactions chimiques de combustion est extraordinairement complexe, et n’est même pas complètement connu dès que le combustible utilisé est de formule chimique plus compliquée que le propane. On pourra trouver en référence des schémas réactionnels de la combustion d’hydrocarbures simples, tels qu’ils sont utilisés à l’heure actuelle pour des flammes laminaires.
Pour les flammes turbulentes, l’emploi de schémas réactionnels mettant en jeu autant d’espèces est une source de difficultés numériques et théoriques encore plus grandes. Par ailleurs, seuls les processus chimiques dont les échelles de temps sont supérieures ou semblables à celles de la turbulence interagiront vraiment avec celle-ci. Tous les processus chimiques plus rapides ne seront pas perturbés et pourront être pris en compte de façon plus simple. Le premier aspect de l’établissement d’une méthode de calcul d’une flamme turbulente à chimie non infiniment rapide consiste donc...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BORGHI (R.), DESTRIAU (M.) - La combustion et les flammes. - Éditions Technip, Paris (1995).
-
(2) - Thermochemical Tables JANAF (Joint Army Navy Air Force). - 2e éd. D.R. Stull, H. Prophet, project directors US Dept. of Commerce - National Bureau of Standards (1971).
-
(3) - BARRÈRE (M.), PRUD’HOMME (R.) - Équations fondamentales de l’aérothermochimie. - Masson et Cie Paris (1973).
-
(4) - TENNEKES (H.), LUMLEY (J.L.) - A first course in turbulence. - 3e éd., The MIT Press Cambridge Mass (1974).
-
(5) - POINSOT (Th.), VEYNANTE (D.) - Theoretical and Numerical Combustion. - Edwards, Philadelphia (2001).
-
(6) - LAUNDER (B.E.), SPALDING (D.B.) - Mathematical models of turbulence. - Academic Press London (1972).
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