Lamiae
Sommaire: Etude numérique de la combustion des gaz dans un four de cimenterie
Nomenclature
Introduction
1. Introduction
2. Etude bibliographique
3. Objectif du travail
4. Contenu du mémoire
Chapitre I : Processus dans les fours de cimenterie
I.1. Introduction
I.2. Four rotatif de cuisson
I.2.1.Vitesses des gaz à l’intérieur du four
I.3. Domaine d’étude et dimensionnement
I.4. Brûleur
I.4.1. Combustion à l’intérieur du four
Chapitre II : Notions sur les flammes
II..1. Introduction
II.2. processus de combustion
II.3. Combustion laminaire
II.3.1. Flamme laminaire prémélangée
II.3.2. Flamme laminaire non prémélangée
II.4 Combustion Turbulente
II.4.1 Diagrammes de combustion turbulente
II.4.1.1 Diagramme de combustion turbulente prémélangée
II.4.1.2. Diagramme de combustion turbulente non- prémélangée
II.5. Brève présentation de quelques modèles de combustion turbulente
II.5.1. Modèles de combustion turbulente
Chapitre III : Formulation numérique
III.1. Equations de l’aérothermochimie turbulente
III.1.1. Equation de continuité
III.1.2. Equations de conservation de quantité de mouvement
III.1.2.1. Modèle k-ε
III.1.3.1. Equations de transport de l’énergie cinétique turbulente
III.1.3.2. Equations de transport du taux de dissipation de l’énergie cinétique turbulente..
III.1.4. Equations de conservation de l’énergie
III.1.4.1. Equations d’état
III.1.5. Equations de transfert radiatif
III.1.6. Equations de conservation des espèces chimiques
III.2. Modèle de combustion
III.3.Traitement prés des parois
III.3.1. Fonction de paroi standard
III.3.1.1. Quantité de mouvement
III.3.1.2. Energie
III.3.1.3. Turbulence
III.3.1.4. Les espèces chimiques
III.4. Conditions aux limites
Chapitre VI : méthode numérique de résolution
INTRODUCTION
IV.1. Méthode des volumes finis
IV.2. Maillage
IV.3. Discrétisation
IV.3.1. Linéarisation de l’équation discrétisée
IV.3.2. Sous relaxation
IV.4 Discrétisation de l’équation de la quantité de mouvement
IV.4.1. Schéma du premier ordre amont
IV.4.2. Schéma du second ordre amont
IV.4.3. Schéma Quick
IV.5. Interpolation de la pression
IV.5.1. Schéma standard
IV.5.2. Schéma du second ordre
IV.5.3. Schéma PRESTO (option de pression décalée)
IV.6. Discrétisation de l’équation de continuité
IV.7. Couplage Vitesse -Pression
IV.7.1. Algorithme SIMPLE (semi-implicit method for pressure linked equations)
IV.8. Procédure de résolution
IV.9 Algorithme de calcul
Chapitre IV : Résultats et Discussions
V.1. Description du problème
V.2. Condition aux limites et maillage
V.2.1. Condition aux limites
V.2.2. Maillage
V.2.2.1. Effet de maillage
V.3. Discussion des résultats
V.3.1. Champ de température
V.3.2. Champ dynamique
V.3.3. Champ turbulent
V.3.4. Contours des fractions massiques des différentes espèces
Conclusion Générale et Perspectives Futures
Références Bibliographiques
Tutorial et Annexes
Extrait du cours Etude numérique de la combustion des gaz dans un four de cimenterie
Chapitre I : Processus dans les fours de cimenteries
I.1. Introduction
Les fours rotatifs se retrouvent dans beaucoup de processus qui comportent le traitement de solides. Ceux-ci incluent le séchage, l’incinération, le mélange, le chauffage, le refroidissement, l’humidification, la calcination, la réduction, l’agglomération et la réaction gaz-solide. Une des plus importantes utilisations industrielles est la production du ciment.
Les fours à ciment peuvent être très grands. Bien que ce ne soit pas un four à ciment, la figure.I.1 montre un four à chaux de 500 t/j. Une autre application importante des fours rotatifs est l’incinération des déchets. Les fours rotatifs sont populaires pour ce rôle en raison de leur flexibilité. Ils peuvent manipuler une grande variété de matériaux d’alimentation, avec des valeurs calorifiques variables, le déplacement des solides de rebus jusqu’à la sortie ne présente aucun problème. Typiquement, les incinérateurs de déchets dangereux fonctionnent avec des lits relativement profonds et ont une chambre de combustion secondaire après le four rotatif pour améliorer la combustion hétérogène des déchets. Un exemple d’un incinérateur de déchets dangereux est montré dans la figure I. 2.
Etude numérique de la combustion des gaz
Les fours rotatifs sont, dans l’industrie de processus, parmi les unités dont le fonctionnement est bien établis mais qui reste pourtant parmi les moins compris; ils peuvent être employés pour 3 raisons distinctes: chauffage, réaction et séchage de matériaux solides, et dans beaucoup de cas, ils sont employés pour réaliser une combinaison de ces objectifs.
Dans la conception des fours, il y a quatre aspects importants à considérer d’un point de vue de technologie de processus, à savoir le transfert thermique, l’écoulement des matériaux solides granulaires à travers le four, le transfert de masse gaz-solide et les réactions.
Le transfert thermique est le plus important parmi ces aspects, parce que dans beaucoup de cas, c’est le transfert thermique qui limite la performance du four rotatif et ceci est reflété par le nombre de papiers publiés sur les modèles de transfert thermique dans des fours. Cependant, le premier aspect des fours rotatifs a être modelé était le mouvement des matériaux à travers le four. Dans le contexte de cette thèse, une étude des écoulements gazeux réactifs à l’intérieur du four est établie en utilisant le code en volumes finis « FLUENT ».
Etude numérique de la combustion des gaz
I.2. Four rotatif de cuisson [13]
Le four rotatif est le centre du processus de cuisson, il représente l’organe le plus sollicité thermiquement, il inclut la totalité des réactions, qu’elles soient endothermiques ou exothermiques, il inclut encore des échanges thermiques énormes, des apports d’énergie de grandes capacités et de grandes déperditions ; la compréhension de tous ces phénomènes conduit à une meilleure conduite du four.
Le four rotatif est décrit comme étant un cylindre en acier de chaudière (E26.1), animé d’une vitesse de rotation variable pouvant atteindre 2 tr/mn. Ce tube appelé aussi virole est réalisé en construction chaudronnerie, repose par l’intermédiaire de bandages, au nombre de trois, sur des galets, il est revêtu à l’intérieur de briques réfractaires et présente une inclinaison de 3% dans le sens de l’écoulement de la matière, cette inclinaison combinée avec la rotation font que la matière puisse progresser, par gravité, vers le brûleur. La longueur du four peut atteindre les 90 mètres, son diamètre varie entre 5,4 et 5,7 mètres.
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