Analyse et simulation des flammes de diffusion oxy-gaz naturel et leur impact environnemental

Abstract

This thesisprojectinvestigates combustion in a semi-industrialchamberfueled by naturalgas and oxygen, utilizingnumerical simulations conductedwith ANSYS-Fluent. The mathematical model isbased on solving the Navier-Stokes equations with the Favre approach, and the chosenturbulence model is k-w SST. A global reaction of methane combustion withoxygenwasconsidered to simulate the behavior of thermodynamicparameters. The results indicatethat the temperaturewithin the chamberalignswellwithexperimental data, althoughitisslightlylowerthan certain references. The measured axial velocitiesclosely match literatureresults, confirming the relevance of our model. CO concentrations are initially high but decreasedownstream, suggestingcleaner combustion at the exit, while the mass fraction of CO2 reflects efficient combustion. Compared to otherresearch, the results of thisstudy show good concordance, furtherreinforcing the validity of the approachesused in analyzing combustion systems.

Résumé Ce projet de fin d'études explore la combustion dans une chambre semi-industrielle alimentée en gaz naturel et en oxygène, en s'appuyant sur des simulations numériques réalisées avec ANSYS-Fluent. Le modèle mathématique repose sur la résolution des équations de Navier-Stokes, utilisant l'approche de Favre, tandis que le modèle de turbulence choisi est le k-w SST. Une réaction globale de combustion du méthane avec l'oxygène a été considérée pour simuler le comportement des paramètres thermodynamiques. Les résultats obtenus indiquent que la température à l'intérieur de la chambre est conforme aux données expérimentales, tout en restant légèrement inférieure à certaines références. Les vitesses axiales mesurées se rapprochent des résultats de la littérature, confirmant la pertinence de notre modèle. Les concentrations de CO sont initialement élevées mais diminuent en aval, suggérant une combustion plus propre à la sortie, tandis que la fraction massique de CO2 reflète une combustion efficace. En comparaison avec d'autres recherches, les résultats de cette étude montrent une bonne concordance, renforçant ainsi la validité des approches utilisées dans l'analyse des systèmes de combustion. ملخص تتناول هذه الدراسة مشروع التخرج تحقيقات في الاحتراق داخل غرفة احتراق شبه صناعية تغذيها الغاز الطبيعي والأكسجين، باستخدام محاكاة عددية تم تنفيذها بواسطة برنامج ANSYS-Fluent يعتمد النموذج الرياضي على حل معادلات نافير-ستوكس باستخدام نهج فافر وتم اختيار نموذج الاضطراب k-wST تم اعتبار تفاعل شامل لاحتراق الميثان مع الأكسجين لمحاكاة سلوك المتغيرات الديناميكية الحرارية. تشير النتائج إلى أن درجة الحرارة داخل الغرفة تتوافق بشكل جيد مع البيانات التجريبية، رغم أنها أقل قليلاً من بعض المراجع. تتطابق سرعات المحاور المقاسة بشكل وثيق مع نتائج الدراسات السابقة مما يؤكد ملاءمة نموذجنا. تركيزات أول أكسيد الكربون مرتفعة في البداية لكنها تنخفض في مجرى الاحتراق، مما يشير إلى احتراق أنظف عند الخروج، بينما تعكس الكسر الكتلي لثاني أكسيد الكربون كفاءة الاحتراق مقارنة بالأبحاث الأخرى، تظهر نتائج هذه الدراسة توافقاً جيداً، مما يعزز صحة الأساليب المستخدمة في تحليل أنظمة الاحتراق.