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Simulation Numérique de la Combustion Turbulent
dans la Chambre de Combustion de la Turbine a Gaz MS5002C
< NADJIB. GHITI 1>*, < ABED ALHALIM.
BENTEBBICHE 2 >*
< SAMIR. HANCHI 3>**
*Laboratoire de Mécanique
Avancée - LMA, B.P : 32 Elia, 16111, Bab-Ezzouar, Alger.
** Laboratoire de Mécanique des Fluides, EMP, BP 17,
Bordj El Bahri, Alger.
* ghitinadjib@yahoo.fr
Résumé
Ce travail permet d'étudier la combustion dans un
environnement simulant le fonctionnement d'une turbine à gaz à
échelle réel. Un autre objectif est l'étude
paramétrique de l'effet de l'excès d'air sur les émissions
des espèces polluants. La connaissance des effets de ces
paramètres est importante pour la conception de la chambre de
combustion. Le modèle K Epsilon est utilisé pour étudie la
turbulence ainsi que le modèle à équations de transport
des espèces chimiques basé sur le modèle EDM (Eddy
Dissipation Model) est utilisé pour l'étude de la combustion, la
méthode des volumes finis est utilisée pour
discrétisé les équations de transport. La section
d'injection de l'air est constituée par 80 trous de diamètre 7.5
mm la somme des surfaces de ces trous assimilé comme une espèce
annulaire de section équivalente égale à 3534.29  . Le trou d'injection du carburant est égal à 490.87
 . Pour différents excès d'air, une configuration
bidimensionnelle axisymétrique est choisie pour simplifier le calcul.
Mot Clés : Turbine à gaz,
Combustion turbulent, Non pré_mélange, Modélisation.
1. Introduction
En pratique, la réduction maximum de NOX (en
mélange parfait) est difficile à atteindre (Vanoverberghe [9]).
Fric [2] montre que les fluctuations spatiales et temporelles du taux de
mélange augmentent la production de NOX. Le prémélange
doit être bien réalisé et ne doit pas comporter
d'inhomogénéités. Si ces conditions ne sont pas remplies,
il apparaît des points chauds fortement émetteurs de NOX par la
voie du NO thermique. Les NOX supplémentaires issus d'un mauvais
mélange sont aussi dus en grande partie à des poches de gaz
contenant une quantité importante d'oxygène (Shih [6]).
Hayashi [3] note également que les effets de
l'inhomogénéité du prémélange sur le NOX
sont plus importants pour des températures élevées et des
hautes pressions. Ceci est dû à l'augmentation exponentielle de la
production de NO-thermique avec la température et l'augmentation du taux
de réaction plus élevée que le taux de mélange avec
la pression empêchant l'homogénéisation juste avant la
réaction (Sood [7]).
Shih [6] obtient une augmentation de la richesse
d'extinction pauvre avec un mauvais mélange (spatial et temporel). Dans
ce cas, c'est la fluctuation temporelle qui est à l'origine d'une
dégradation de la richesse d'extinction pauvre. A l'inverse un gradient
spatial peut améliorer la richesse d'extinction pauvre selon le principe
de la flamme pilote.
Avec un injecteur sans swirl, Shih [6] et Venkataraman
[10], obtiennent une diminution des instabilités lorsque le
prémélange est parfait. La même remarque à
été constatée par Brossard [1] sur un brûleur avec
un swirl. Pour Khanna [4] la diminution des instabilités en
prémélange s'explique par un changement de la fréquence de
coupure de la flamme (100 Hz en prémélange contre une
fréquence supérieure à 400 Hz en prémélange
partiel). Il constate également que la différence
d'instabilité entre un prémélange parfait et un
prémélange partiel diminue lorsque l'on augmente la richesse.
Au contraire de ces études, Seo [5] et Taupin [8]
obtiennent une augmentation des instabilités en prémélange
parfait. Notre objective est la réalisation d'un modèle
numérique de la chambre de combustion de la turbine à gaz
MS5002C.
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