3. Géométrie de la chambre de la turbine
à gaz MS5002C
La MS5002C est utilisée à la Sonatrach de
Hassi Messaoud comme une centrale de production de l'électricité,
sa puissance est de 10 MGW. Elle est dotée d'une chambre de combustion
tubulaire portant 12 tubes à flamme, sa consommation arrive
jusqu'à 260000  en gaz naturel.
Le tube à flamme de la MS2005C est d'une forme
cylindrique, une longueur de 1115 mm et un diamètre de 275 mm. Il
contient un seul injecteur de types P17 avec un diamètre de 60.16 mm,
tandis que le trou d'injection est de l'ordre de 25 mm. La pression est
égale à 18 bars.
Air
Gaz
Axe de symétrie
Paroi
![]()
Figure 1 : Configuration
axisymétrique de notre chambre
de combustion.
4. Résultats et interprétation
Les résultats du champ de température et du
taux de réaction chimique sont présentés pour
différents débits massiques d'air. Le débit de carburant
est fixé à Figure (2), (12), (16). On observe la compétition entre
l'écoulement et la propagation de la flamme qui entraîne des
hauteurs de découlement plus importants avec une vitesse d'injection
(débit) d'air plus forte. On observe alors le contournement de
l'écoulement proche de la zone de réaction.
L'augmentation de la vitesse d'injection d'air conduit
à une élévation de la hauteur du découlement, cette
dernière si elle est importante elle peut atteindre le cas d'extinction
de la flamme, comme il est montré dans le cas du 300 et 400 %
d'excès d'air.
Muniz et Mungal ont étudié l'influence de
la vitesse de l'air sur les hauteurs de découlement et montrent ces
hauteurs en fonction de la vitesse de l'air pour différentes vitesses de
combustible. Un comportement linéaire est observé. Celui-ci
permet de définir et données (hauteurs de découlement),
pour des vitesses de l'air variables.
Les résultats que nous avons obtenus sont proches
de expérience de Muniz et Mungal.
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Stoechiométrique  
20 % excès d'air  
40 % excès d'air  
60 % d'excès d'air  Figure ( 4 ) : Contours d'oxygène
pour un écoulement
axisymétrique pour différent excès
d'air.
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Stoechiométrique  
20 % excès d'air  
40 % excès d'air  
60 % excès d'air  Figure (5 ) : Contours dioxyde de carbone
pour un
écoulement axisymétrique pour différent
excès d'air.
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 Figure (5 ) CO sur une distance de X=200 mm le long de la
chambre de combustion.
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Figure ( 6 ) CO sur une distance de X=1000 mm le long
de la chambre de combustion.
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Figure ( 7 ) CH4 sur une distance de X=200 mm le long de
la chambre de combustion.
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Figure ( 9 ) O2 sur une distance de X=200 mm le long de
la chambre de combustion.
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Figure ( 10 ) O2 sur une distance de X=1000 mm le long de
la chambre de combustion.
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 Figure (11) Taux de réaction sur une distance de X=200 mm
le long de la chambre de combustion.
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Figure (12) Taux de réaction sur une distance
de X=1000 mm le long de la chambre de combustion.
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 Figure ( 13 ) NO sur une distance de X=1115 mm le long de la
chambre de combustion.
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Figure (14) Taux de réaction sur une distance
de X=1115 mm le long de la chambre de combustion.
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Figure (15) CO2 sur une distance de X=1115 mm le long
de la chambre de combustion.
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Stoechiométrique  
20 % excès d'air  
40 % excès d'air  
60 % excès d'air  Figure (16) : Contours de taux de
réaction chimique pour un écoulement axisymétrique pour
différent excès d'air.  .
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On remarque la présence d'un grand tourbillon
torique qui forme une zone de recirculation. Cette dernière est
générée par la forme de la chambre de combustion qui
présente un élargissement brusque. Le cisaillement entre le
fluide du jet et le fluide en stagnation dans la chambre (tube à
flamme).
La température maximale de combustion est
très élevée elle atteinte une valeur de 2400 K, cela
nécessite de prendre en considération l'effet de ces contrainte
thermique sur le métal de construction de la chambre et de l'attelage
turbine, et aussi explique le multi perçage effectuée sur la
paroi de tube à flamme pour une raison d'alléger cette
température.
En examinant les allures de la température, nous
pouvons remarquer que la température de la flamme augmente avec la
richesse (diminue avec l'excès d'air), elle atteindre une valeur
maximale pour une richesse voisine de l'unité (mélange
stoechiométrique).
Les graphes plotés montrent la variation radiale
des concentrations (normalisées par les valeurs maximales) des
différents espèces pour différents sections. On remarque
la consommation complète du méthane et partielle de
l'oxygène (à cause de l'excès d'air) pour donner l'eau et
le dioxyde de carbone. Ces graphes aussi montrent la variation des
concentrations de chaque espèce en fonction de la richesse (excès
d'air).
Analysons celle du méthane, on remarque que sa
consommation est incomplète dans le cas stoechiométrique,
connaissant que dans ce cas théorique la quantité d'air fournit
est strictement nécessaire pour une combustion complète et
qu'elle est en réalité insuffisante, cela explique le
résidu du méthane. Contrairement ce résidu diminue
jusqu'à une dissipation totale tout en augmentant la quantité
d'air. On remarque que le cas de 60 % d'excès d'air est idéal
pour une consommation complète du méthane.
Cas du  : il est clair que l'augmentation de l'excès d'air
(diminution de la richesse) provoque une diminution du pourcentage de .
Pour le , il apparaît clairement que la concentration de l'oxygène
augmente avec l'augmentation de l'excès d'air, c'est aussi bien logique
puisque la composition de l'air est purement d'oxygène et d'azote.
Dans les différentes stations et pour les trois
espèces, on voie que la variation de la hauteur de propagation de chacun
de ces espèces est proportionnelle avec la longueur de tube, ce qui
détermine les zones de réaction.
Cas du polluant  : on remarque que la concentration maximale du  se présente à la stoechiométrie où la
température est maximale, cette concentration est inversement
proportionnelle avec l'excès d'air.
La production du  commence de prendre une valeur minimale au voisine de la
quantité d'excès d'air de 60 %.
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Figure (2) : Contours de la
température statique pour un écoulement axisymétrique pour
différent excès d'air.
Figure ( 3 ) : Contours du méthane
pour un écoulement