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Thèse Année : 2000

Etude de la détonation de deux mélanges stoechiométriques (CH4/H2/O2/N2 et CH4/C2H6/O2/N2) Influence de la proportion relative des deux combustibles et de la température initiale élevée

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Résumé

Detonations of gaseous reactive mixtures made of two fuels of very different detonability xH2+(1-x)CH4 and xC2H6+(1-x)CH4 in stoichiometric proportion with oxygen and diluted with nitrogen (in proportions varying from pure oxygen to the air) are investigated. The parameters of the study are the relative proportion x of fuels, nitrogen dilution B=O2/N2 and the initial conditions of temperature and pressure. This study takes place within the general context of the chemical process safety improvement. Detonability was evaluated by the comparison between the characteristic cell size measurement of the three-dimensional structure of the autonomous and stationary detonation front with the chemical induction length calculated on the assumptions of the ZND model by means of several detailed chemical kinetics mechanisms. The results obtained for the mixtures with single fuel show that the detonability of methane decreases according to the initial temperature whatever the dilution B, and that the one of ethane and hydrogen decreases with B=0 but increases with B=3,76 (air) (the inversion of behaviour occurs for B=2 for ethane, and B=1 for hydrogen). The results obtained for the mixtures with two fuels show that their detonability is each time influenced by the heaviest fuel, i.e. that the detonability of H2/CH4 mixtures is rather controlled by CH4 whereas the one of C2H6/CH4 mixtures is rather controlled by C2H6. With pure oxygen (B=0), these mixtures are desensitized by the increase of the initial temperature. Beyond a certain value x, an inversion of detonability according to x is observed.
Ce travail traite de la détonation de mélanges réactifs gazeux à deux combustibles de détonabilité très différente xH2+(1–x)CH4 et xC2H6+(1–x)CH4 stoechiométriques dans l'oxygène et dilués avec de l'azote dans des proportions variant de l'oxygène pur à l'air. Les paramètres de l'étude sont la proportion relative x des combustibles, la dilution en azote B=O2/N2 et les conditions initiales de température et de pression. Cette étude s'inscrit dans le cadre général de l'amélioration des conditions de sécurité des procédés chimiques. Nous avons traité le problème par la comparaison de la mesure de la taille caractéristique de la structure tridimensionnelle cellulaire de la détonation autonome et stationnaire avec la longueur d'induction chimique calculée dans les hypothèses du modèle ZND au moyen de plusieurs schémas détaillés de cinétique chimique. Les résultats obtenus pour les mélanges à un combustible montrent que la détonabilité du méthane diminue en fonction de la température initiale quelle que soit B, et que celle de l'éthane et de l'hydrogène diminue à B=0 mais augmente à B=3,76 (air) (l'inversion de comportement en fonction de la température initiale se produit pour B=2 pour l'éthane, et pour B=1 pour l'hydrogène). Les résultats obtenus pour les mélanges à deux combustibles montrent que leur détonabilité est à chaque fois influencée par le combustible le plus lourd, c'est à dire que la détonabilité des mélanges H2/CH4 est plutôt gouvernée par CH4 alors que celle des mélanges C2H6/CH4 est plutôt gouvernée par C2H6. Avec l'oxygène pur (B=0), l'augmentation de la température initiale désensibilise ces mélanges. Au delà d'une certaine valeur de B, on observe une inversion de détonabilité en fonction de x.
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Citer

Christophe Matignon. Etude de la détonation de deux mélanges stoechiométriques (CH4/H2/O2/N2 et CH4/C2H6/O2/N2) Influence de la proportion relative des deux combustibles et de la température initiale élevée. Energie électrique. Université de Poitiers, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010305⟩

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