Simulation et optimisation de la combustion isobare des hydrocarbures saturés CnH2n+2 par deux approches de résolution

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Ibn Khaldoun - Tiaret
Faculté des Sciences et des Sciences de l'Ingénieur
Département de Génie Mécanique
Laboratoire de Recherche des Technologies Industrielles

MÉMOIRE

pour obtenir le Diplôme

d'Ingénieur

Spécialité : Génie Mécanique Option : Energétique

Thème

Simulation et optimisation de la combustion isobare
des hydrocarbures saturés _CnH2n+2 par
deux approches de résolution

Présenté par:
Monsieurs KHERRIS Sahraoui et KHARROUBI Ahmed

Soutenu le : 07 /07 / 2002

Devant le jury: MM.

SAD CHEMLOUL Noureddine	Chargé de Cours	Université de Tiaret	Président
GUERRI Mohamed	M. A. C. de Cours	Université de Tiaret	Examinateur
ABED Belkacem	M. de Conférences	Université de Tiaret	Examinateur
ASNOUN Ahmed	Chargé de Cours	Université de Tiaret	Rapporteur

Nous tenons à présenter nos vifs remerciements à Monsieur ASNOUN Ahmed pour l'honneur qu'il nous a accordé de proposer ce projet de fin d'étude et de nous avoir encadré et prodigué ses précieux conseils durant toute la période de notre étude.

Nous tenons aussi à lui exprimer notre profonde et gratitude respect pour sa sympathie; sa modestie et son encouragement lors de la réalisation de ce travail.

Nous remercions très sincèrement tous les nombres de jury d'avoir accepté de juger ce travail.

Nous adressons nos vifs remerciements à tous nos professeurs qui ont contribués à notre formation sur tous:

Chemloul.S, Haddouche.K, Abed.B, Madani.A, particulièrement Monsieur M.Guerri et Mzad.H; ainsi qu'à l'ensemble de personnel de l'institut.

Nous adressons aussi nos remerciements à tout le personnel de la bibliothèque de l'institut de Génie Mécanique.

Nous adressons nos remerciements à tout le personnel de la boite informatique (HIDHEB Computer) en particulier:

Khaled. Miloudi et Mustapha. Akermi pour leurs gentillesses et leurs encouragements.

En fin, nous n'oublions pas de remercier tout nos amis:

Selam.Laid, Mekroussi .s, debeh.M, safa.A, rabeh.H, Bendbiza.H, chatouane.M, Guetaf.AEK, Mahrouz.AEK, Deouiyeb.H, Belabass.S ects.

A toutes les personnes qui, de prés ou de loin nous ont soutenu lors de ce travail, nous adressons nos sincrères remerciements.

Je dédie cette oeuvre à mes très chers parents qui m'ont soutenu au cours de mes études.

Je la dédie également à mes frères et mes soeurs surtout Mansour et Bendhiba.

Je la dédie à:

ZIAINA. Ahmed NOUAR. Lakhdar MIL YANI. Habchi ZIAINA. Aissa

FETEH. Benaissa GAÂMOUCI. Lakhdar

HADJI. Brahime AKERMI.Maidi

ainsi, qu'a mes amis sans exception.

Également je la dédie à tous les étudiants et les étudiantes de l'institut de Génie Mécanique.

Et en particulier à une personne qui m'est très chère et qui a toujours su m'aider.

KHERRIS. Sahraoui

Je dédie cette oeuvre à:

Mes très chers parents qui m'ont soutenu au cours de mes études. Mes frères et mes soeurs.

Mes amis:

KRAKRIA. Ahmed, B.AEK, G.Sassi, B.Abderrahmane, B.Kadoure, B.Mohamed, B.Mohamed, BOUDJLALE. Mohamed, K.Mohamed, MORDJANI.M, K.Hassane, Rachdi.B, B.Sâad, Mostfaoui.A ..ect.

Mes professeurs.

A tous mes camarades de la promotion Génie Mécanique.

KHARROUBI. Ahmed

Introduction CHAPITRE I : potentiel chimique	.1
I-1 - Notion de potentiel chimique	2
I-2- Potentiel chimique d'un gaz parfait	4
I-3- Potentiel chimique d'un mélange	6
I-4- Mélange comporte plusieurs phases	7
I-5- Degré d'avancement d'une réaction	7
I-5-1- Expression de la condition d'équilibre	...8
I-6- Affinité des réactions chimiques	.9
I-6-1- Définition	...9
I-6-2- Expression de la condition d'équilibre	...9

CHAPITRE II: Calcul de la composition chimique d'un mélange gazeux

II-1- Introduction 10

II-2- 1^ere méthode « annulation des affinités » .10

II-2-1-Méthode de résolution 11

II-2-2-Calcul de l'affinité chimique 13

II-2-3-Algorithme 14

II-2-4-Déterminationde la chaleur molaire à pression constante, de l'enthalpie,

de l'entropie, et par suite de l'enthalpie libre des produits de combustion	.15
I-3-2^eme Méthode « constante d'équilibre »	...15
II-3-1-Constante d'équilibre de réactionë*R	....17
II-3-2-Expression logarithmique de la constante d'équilibre	17
II-3-3- Variation de la constante d'équilibre avec la température	..17
II-3-4- Méthode de résolution	20
II-3-5-Méthode de newton	...22
II-3-5-1- Principes	.22
II-3-5-2-Algorithme de résolution du système(S)	..24
II-4-Calcul de la température de flamme adiabatique	.25
II-4-1-Hypothèses générales	25
II-4-2- Principe de calcul de la température adiabatique	..26
CHAPITRE III: Résultats et interprétations
III-1- Influence de la richesse	29

III-1-1- La variation de la composition des produits de combustion en fonction de la richesse 29
III-1-2- La variation de la température de flamme adiabatique en fonction de la

richesse 34

Conclusion 35

Listes des symboles.

Listes des symboles :

Symboles	Nomenclatures	Unité
U	Energie interne	J
S	Entropie	J/K°
H	Enthalpie	J
G	Enthalpie libre	J
F	Énergie libre	J
ii	Potentiel chimique	J/ mole
y	Coefficient stoechiométrique	mole
xi	Fraction molaire	/
Aff	Affinité des réactions chimiques	J/ mole
d)r	Degré d'avancement	mole
K	Constante thermodynamique d'équilibre	/
Cp f	Chaleur massique isobare des gaz frais	J / K° Kg
R	Constante des gaz parfaits	J/ K° mole
Mf	Masse molaire des gaz frais	Kg / mole
Hf	Enthalpie de formation	J/ mole Kg
P	Pression	Atm
Hm	Enthalpie de mélange	J
G ~	Grandeur molaire	/ mole.
ù	Nombre de mole de N2	mole

Introduction

Introduction

INTRODUCTION

Il y a des millénaires, l'homme acquérait «l'art du feu ». Ce n'est qu'au cours de l'essor industriel du 19^éne siècle que la combustion vive commençait à être valablement utilisée dans des machines pour répondre aux besoins énergétiques.

De notre jour, la combustion occupe une place prépondérante pour satisfaire aux besoins énormes de notre monde économique, dans des domaines aussi divers que:

La production d'énergie électrique;

Le chauffage des locaux;

L'élaboration des matériaux de combustion;

La sidérurgie;

Les transports terrestres, aériens, cosmiques;

La production des hydrocarbures à partir du pétrole brut dans les raffineries etc.

L'importance de notre étude portera sur l'élaboration d'un programme pour le calcul de certains paramètres de la combustion isobare et adiabatique des hydrocarbures saturés.

Dans le premier chapitre, on fera une étude sur le potentiel chimique. Ce paramètre est essentiel dans l'étude des équilibres chimiques des mélanges réactifs.

Le second chapitre sera consacré au calcul de la composition chimique d'un mélange gazeux, dans ce chapitre, nous exposeront les deux méthodes de calcul des concentrations des espèces chimiques dans la zone de combustion.

La première méthode est basée sur l'annulation des affinités chimiques et la seconde sur le calcul des constantes d'équilibres des réactions chimiques.

Les différents paramètres entrant en jeu dans les réactions chimiques et les relations qui les relient, seront présentés dans chaque méthode.

L'analyse et l'interprétation des résultats feront l'objet de notre dernier chapitre.

En fin, on donnera une conclusion générale sur notre étude.