Modélisation de flammes de prémélange unidimensionnelles. Analyse de sensibilité et réduction de mécanismes

Laboratoire de cinétique et chimie de la combustion, URA CNRS 876; et Université des sciences et techniques de Lille Flandres Artois, 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex, France

Résumé

La confrontation expérience-modèle est un élément essentiel de la validation d'un mécanisme chimique et de sa réduction. Les résultats expérimentaux bruts des flammes, profils de température et de fractions molaires des espèces, sont analysés numériquement dans le but d'obtenir les vitesses globales d'évolution des espèces associées à la chimie de la flamme. Ces vitesses sont alors comparées aux valeurs calculées en supposant un mécanisme chimique et en utilisant les profils expérimentaux.

Le calcul complet des profils de fractions molaires des espèces par résolution du système complexe d'équations de conservation en utilisant un mécanisme réactionnel exhaustif doit être complété par une étude de sensibilité. Si l'accord entre l'expérience et la simulation est satisfaisant, il est alors possible de réduire le mécanisme chimique. L'analyse de la contribution des réactions élémentaires à la formation et à la disparition des espèces prépondérantes permet de dégager les chemins réactionnels essentiels.

Les possibilités des différentes méthodes de validation sont appliquées au cas d'une flamme de méthanol dopée par H_xS . Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec ceux obtenus à partir d'un modèle cinétique réduit.

Abstract

The confrontation between experience and simulation is a deciding factor for the validation and the reduction of a chemical mechanism and can be realized at two levels. On the first level, experimental and modelled mole fraction profiles are compared. On the second level, the net reaction rates calculated from a postulated mechanism are compared with those obtained from the treatment of the expierimental results. A kinetic sensitivity analysis is used to reduce and interpret the model, and to understand how the solution profiles depend on the chemical reaction rates coefficients.

An illustration of both validation methods is given in the case of raethanol-air flames inhibited by hydrogen sulfide. Experimental results are in good agreement with the computed values analyzed in terms of a reduced kinetic scheme.