Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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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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Description et présentation des phénomènes physiques5. Conclusions
Les flammes et les foyers industriels utilisent en général la turbulence pour obtenir des intensités volumiques de dégagement de chaleur très élevées. Leurs formes sont complexes et très diverses, et leur optimisation en tenant compte de plusieurs critères et contraintes est délicate. L’amélioration de la méthode de conception classique, empirique et globale, est maintenant possible grâçe à des « modélisations » numériques qui peuvent prendre en compte l’interaction entre chimie et turbulence.
Nous avons décrit ici les principes et les équations de base de ces méthodes, et donné des exemples de résultats qualitatifs ou quantitatifs auxquels on peut arriver aujourd’hui. Le cas limite où les réactions chimiques de combustion sont très rapides devant tous les autres processus est le premier cas de référence, dans lequel ces méthodes ont été évaluées le plus complètement. Elles sont déjà capables de donner les effets importants de l’interaction turbulence-combustion, en tenant compte de façon correcte des spécificités de chaque type de flamme ou de foyer. Nous avons fourni quelques exemples d’applications, simples mais illustratifs.
L’interaction des différentes étapes du mécanisme chimique complexe de la combustion avec les fluctuations turbulentes pose encore dans le cas général des problèmes, tant en ce qui concerne les approximations physiques que le calcul numérique qui doit suivre. Diverses approches ont été proposées pour cela, que nous avons présentées de façon résumée mais synthétique, en soulignant leurs possibilités et leurs points faibles. L’état actuel des connaissances ne permet pas de proposer une seule méthode générale, applicable par l’ingénieur dans tous les cas pratiques qui se présentent, et de coût raisonnable. Le lecteur qui en a le besoin trouvera dans cet article, nous l’espérons, les données nécessaires pour orienter son choix, et devra se reporter aux ouvrages cités en référence, soit pour essayer d’appliquer à son cas l’une de ces méthodes, soit pour pouvoir suivre plus aisément l’amélioration des connaissances à ce sujet, qui devrait être rapide dans les prochaines années.
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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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