La description globale qui résulte des trois étapes d’optimisation décrites ci-dessus est dénommée ci-après OSS et la présente section vise à procéder à une éude préalable de sa ré-ponse. Dans une première étape de cette analyse, des comparaisons supplémentaires ont été effectuées avec des résultats obtenus en utilisant des modèles de chimie standard en une seule étape. Les modèles correspondants sont ceux introduits dans les premières études de
West-brook et Dryer[191,192]. Ce choix peut sembler plutôt arbitraire mais il est seulement guidé
la combustion. Le premier ensemble de calculs concerne la combustion de mélanges d’iso-octane et d’air. Ils sont basés sur (i) le schéma chimique REF-5, (ii) la chimie deWestbrook et
Dryer de l’iso-octane comme décrit dans le tableau 1 de la réf. [191], voir aussi le tableau 2
de la réf. [192], noté WD, et enfin (iii) la chimie OSS, telle que décrite dans le présent manus-crit. Le schéma cinétique retenu comme référence, noté REF-5 correspond au mécanisme de
Hasse et al.[139], qui a été entièrement validé avec des données expérimentales. Par exemple,
les résultats obtenus avec le mécanisme correspondant se comparent bien avec la corrélation des données expérimentales fournies par Marshall et al. [141]. Concernant le modèle OSS à quatre espèces, les caractéristiques de l’espèce virtuelle sont générées en utilisant la procé-dure décrite dans les sous-sections précédentes avec le mécanisme deHasse et al.[139] utilisé comme référence. L’évolution de la vitesse de la flamme laminaire en fonction de la richesse est calculée pour Tu =300.0 K et p = 1 atm avec les trois mécanismes (REF-5, WD et OSS). Les résultats obtenus, qui sont reportés sur laFigure 6.14, confirment la pertinence du modèle OSS par rapport à celui présenté dans les références [191,192].
Figure 6.14 – Vitesse de flamme laminaire des mélanges d’iso-octane et d’air en fonction de la richesse pour Tu =300.0 K et P=1 atm.
Bien qu’il ait été explicitement indiqué que le modèle OSS vise à décrire la combustion prémélangée, il semble utile d’avoir un aperçu de sa réponse si un régime de diffusion est rencontré. A cet égard, il convient également de noter que, suite aux premières analyses de
Liñan [211], on sait que la réponse chimique d’une flamme de diffusion à la limite
d’extinc-tion est similaire à celle d’une flamme prémélangée à la stœchiométrie. Par conséquent, dans une seconde étape de l’analyse, des calculs de flamme à diffusion étirée ont été effectués en augmentant le taux d’étirement jusqu’à une valeur à laquelle la flamme est proche de l’extinc-tion. Pour comparer avec les données disponibles de la littérature, les flammes de diffusion méthane-air avec des réactifs frais à 300 K et 1 atm sont considérées. Ces conditions sont les mêmes que celles récemment calculées parCailler et al.[186]. La chimie détaillée de référence correspond au schéma GRI3.0, référencé REF-1 ici. Les données issues de la réf. [186] incluent des résultats obtenus avec le modèle BFER de Franzelli et al. [185], les modèles M1 et M2 de
Cailler et al. [186], et le schéma détaillé GRI3.0. En ce qui concerne le modèle OSS à quatre
espèces, les caractéristiques de l’espèce virtuelle sont maintenant générées pour différentes richessesΦ, et sont ensuite compilées. Le mécanisme GRI3.0 est retenu comme référence.
L’évolution de la température maximale normalisée obtenue à travers la flamme de dif-fusion est montrée sur la Figure 6.15. Ces résultats montrent que, pour les valeurs du taux
d’étirement les plus faibles, le modèle BFER à deux étapes de Franzelli et al.[185] et le récent modèle M1 à une seule étape de Cailler et al. [186] ont tendance à surestimer la température maximale, alors que seule une légère surestimation est observée avec le modèle M2. Enfin, un léger écart par rapport à la chimie de référence GRI3.0 est également obtenu avec le modèle OSSactuel, ce qui ne conduit qu’à une légère sous-estimation de la température maximale. En plus de cela, la réponse à la flamme obtenue avec une chimie détaillée, c’est-à-dire la forme de l’évolution de la température avec le taux d’étirement, est très bien reproduite avec le mo-dèle OSS. Enfin, au voisinage de l’extinction, les écarts par rapport aux résultats de référence GRI3.0sont minimisés - en termes de taux d’étirement et de valeurs de température maximale - avec la chimie OSS.
Figure 6.15 – Flamme laminaire de diffu-sion étirée de méthane-air. Évolution de la température maximale (en K) en fonction du taux d’étirement (en 1/s).
101 102 103 a(s−1) 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Tmax ( K ) REF-1 BFER donn. de [186] OSS M1 donn. de [186] M2 donn. de [186]
Dans une dernière étape de cette analyse préliminaire, l’évolution de la vitesse de la flamme laminaire est étudiée en présence des effets de dilution variable. L’algorithme pro-posé est en effet général dans ses principes et il peut s’appliquer à des mélanges réactifs plus complexes que ceux discutés dans les sous-sections précédentes. Par exemple, l’influence de la présence des produits de combustion comme le CO dans les réactifs frais peut être prise en compte. Dans sa forme actuelle, l’espèce fictive incorpore l’influence de toutes les espèces chimiques présentes dans les produits de combustion sauf l’azote. Cependant, ceci ne limite pas l’application du modèle à des mélanges réactifs contenant des produits de combustion tels que le CO et le CO2(ou toute autre espèce) dans les réactifs frais. Ceci est actuellement illustré avec deux ensembles distincts de mélanges réactifs. Le premier correspond à des carburants contenant des proportions égales de H2 et de CO qui ont été précédemment considérées par
Natarajan et al.[212]. La richesse varie entre 0.6 et l’unité et ces mélanges sont considérés pour
une dilution du carburant par CO2 de 0 et 20%. Pour chaque mélange, les caractéristiques de l’espèce virtuelle du modèle OSS à quatre espèces sont générées en utilisant la procédure dé-crite dans les sections précédentes avec le mécanisme GRI3.0 utilisé comme référence (REF-1). L’évolution correspondante des vitesses de flamme laminaires dans des conditions standard (c’est-à-dire 300 K et 1 atm) est indiquée sur la Figure 6.16. Les résultats obtenus confirment la capacité de la méthode proposée à gérer l’influence de la dilution avec des produits de combustion.
Enfin, l’influence de la dilution de l’oxydant est étudiée en faisant varier le rapport de l’oxygène à l’azote. A cet effet, un mélange stœchiométrique de H2 et CO est considéré avec une dilution croissante de l’azote, c’est-à-dire une augmentation de la fraction molaire de
Figure 6.16 – Vitesse de flamme laminaire pour les combustibles avec des proportions égales de H2 et CO dans des conditions standard à Tu = 300 K et P = 1 atm. Deux niveaux de dilution de CO2 sont considérés : 0 et 20%. Les cercles correspondent aux mesures de la flamme de Bun-sen deNatarajan et al.[212].
l’azote dans l’oxydant, qui correspond à l’oxygène pur (oxy-combustion). Les résultats corres-pondants sont rassemblés sur la Figure 6.17 et confirment que le modèle OSS conduit à une description satisfaisante des effets de dilution de l’oxydant.
Figure 6.17 – Vitesses de flamme laminaires d’un mélange (50 :50) de H2:CO(carburant) mé-langées en proportion stœchiométrique avec un mélange de (1/(1+γ) : γ/(1+γ)) de O2 et N2(oxydant).