MODÉLISATION DE LA COMBUSTION DANS UN FOYER BOIS À BÛCHES École des Mines de Douai Département Énergétique Industrielle MODÉLISATION DE LA COMBUSTION DANS UN FOYER BOIS À BÛCHES Tudor FLOREA Tudor.Florea@ensm-douai.fr 7 décembre 2006

Introduction Chauffage domestique à partir du bois Émissions de CO Imbrûlés Poussières Modélisation numérique Première étape : étude numérique de la combustion en phase gazeuse dans un foyer bois bûches Modèles de cinétique chimique Modèles de turbulence

Chaudière de petite puissance Chartreuse 22 Caractéristiques Pnom = 18 kW Ts,eau = 80 °C Veau = 40 l Tfumées = 350 °C Dimensions 1165 x 785 x 682 mm Principe de fonctionnement

Hypothèses Régime permanent Disposition aléatoire de bûches Combustible : matières volatiles  réactions homogènes Mécanisme réactionnel semi-global Bûches en phase de séchage et sources des volatiles Débit des volatiles est le débit bois enregistré pendant les essais expérimentaux Débit d’air calculé à partir de réactions chimiques Distribution d’air entre les entrées n’est pas connue  suppositions Surfaces des obstacles intérieures sont adiabatiques

Cinétique chimique Combustion homogène en phase gazeuse Modèle de “Eddy Dissipation Concept”

Turbulence k-ε Standard Relation de Prandtl-Kolmogorov Équations de transport Constantes du modèle : C1ε ; C2ε ; Cμ ; σk ; σε ; Prt

Turbulence k-ε RNG Technique du groupe de renormalisation Mêmes équations de transport Constante C2ε Constantes du modèle : C1ε ; C*2ε ; Cμ ; σk ; σε ; β ; λ0

Turbulence k-ε “bas-Reynolds” Mêmes équations de transport C1ε ; C2ε et Cμ du modèle k-ε Standard sont modifiées à l’aide de trois fonctions

Résultats Température (K) Vecteurs vitesse (m/s) k-ε Standard k-ε RNG k-ε “bas-Re”

Résultats Taux de réaction R2 (en kgmol/m3·s) k-ε Standard k-ε RNG k-ε “bas-Re”

Résultats Valeurs Modèles T (K) CO CO2 Prédites k-ε Standard 759 0,0019 0,055 k-ε RNG 766 0,002 0,058 k-ε “bas-Reynolds” 653 0,0045 0,063 Mesurées 714 0,00630 0,0788

Conclusions et perspectives k-ε “bas-Re” prédit mieux les structures tourbillonnaires Rôle du modèle de transfert de chaleur par rayonnement Régime instationnaire Mesures expérimentales supplémentaires Températures et concentrations des espèces Champ de vitesses des particules (PIV) Visualisation de zones de réaction par fluorescence du radical OH

MODÉLISATION DE LA COMBUSTION DANS UN FOYER BOIS À BÛCHES Merci pour votre attention Tudor.Florea@ensm-douai.fr