Contribution to the study of the characteristics of isochoric combustion in a suspension of solid particles.
Generation of the suspension. Influence of the initial state of the mixture
Contribution à l'étude des caractéristiques de combustion isochore d'une suspension de particules solides réactives.
Génération de la suspension ; influence de l'état initial du mélange.
Résumé
Combustion mechanisms of a suspension of solid particles in a gaseous mixture are studied with the aim of correlating the constant volume explosion characteristics with the initial state of the suspension at ignition time.
Present study concerns, first, the mechanisms of dust suspension generation. A vessel was specially designed for this purpose. It mainly consists of a completely transparent cylindrical chamber with an octogonal cross section and a small length-to-diameter ratio (volume 20l, L/D≈2,2). Particle dispersion in the chamber is achieved by means of the turbulent flow created by the discharge of pressurized air from an auxiliary tank. Experiments were made with cornstarch particle suspensions with average mass concentrations lower than 400 g/m3. Evolutions as function of time of mixture aerodynamic state and dust distribution inside the chamber were recorded with high-speed imaging, LDV and PIV. They indicate that the required delay to obtain an optimal mixture (minimum velocity and turbulence intensity, quasi-homogeneous concentration) is between 500 and 700ms.
Then, the characteristics of combustion at constant volume for this suspension are studied in an explosion chamber with geometrical characteristics similar to those described above and able to support 50 bar overpressures. At stoichiometric concentration, the maximum explosion pressure is 5.8 bar and the burning velocity is 48cm/s. Theses values decrease when the initial turbulent intensity decreases.
Present study concerns, first, the mechanisms of dust suspension generation. A vessel was specially designed for this purpose. It mainly consists of a completely transparent cylindrical chamber with an octogonal cross section and a small length-to-diameter ratio (volume 20l, L/D≈2,2). Particle dispersion in the chamber is achieved by means of the turbulent flow created by the discharge of pressurized air from an auxiliary tank. Experiments were made with cornstarch particle suspensions with average mass concentrations lower than 400 g/m3. Evolutions as function of time of mixture aerodynamic state and dust distribution inside the chamber were recorded with high-speed imaging, LDV and PIV. They indicate that the required delay to obtain an optimal mixture (minimum velocity and turbulence intensity, quasi-homogeneous concentration) is between 500 and 700ms.
Then, the characteristics of combustion at constant volume for this suspension are studied in an explosion chamber with geometrical characteristics similar to those described above and able to support 50 bar overpressures. At stoichiometric concentration, the maximum explosion pressure is 5.8 bar and the burning velocity is 48cm/s. Theses values decrease when the initial turbulent intensity decreases.
Les mécanismes de combustion dans des suspensions de fines particules solides dispersées dans un milieu gazeux sont étudiés en cherchant à corréler les caractéristiques d'explosion isochore aux conditions initiales existant dans le mélange au moment de l'allumage.
On étudie, en premier lieu, les mécanismes de génération d'une suspension de particules solides. Un montage spécifique a été réalisé, comprenant une chambre cylindrique transparente de section octogonale et de faible allongement (V=20l, L/D≡2,2). La dispersion des particules s'opère au moyen d'un écoulement turbulent créé par la décharge d'un réservoir auxiliaire. Les expériences ont été effectuées avec des mélanges amidon-air de concentrations inférieures à 400g/m3. Les enregistrements, par imagerie rapide, LDV et PIV, de l'évolution au cours du temps de l'état aérodynamique du milieu et de la répartition des particules dans l'enceinte indiquent que le délai nécessaire pour obtenir un mélange optimal (vitesse et intensité de turbulence minimales, concentration quasi-homogène) est compris entre 500 et 700ms.
On étudie, ensuite, les caractéristiques de combustion isochore de ces suspensions dans une chambre d'explosion de caractéristiques géométriques similaires à celle de l'enceinte précédente pouvant supporter des pressions de 50bar. A la richesse 1, la pression maximale d'explosion est de 5,8bar et la vitesse de combustion de 48cm/s. Ces valeurs diminuent lorsque l'intensité de turbulence initiale décroît.
On étudie, en premier lieu, les mécanismes de génération d'une suspension de particules solides. Un montage spécifique a été réalisé, comprenant une chambre cylindrique transparente de section octogonale et de faible allongement (V=20l, L/D≡2,2). La dispersion des particules s'opère au moyen d'un écoulement turbulent créé par la décharge d'un réservoir auxiliaire. Les expériences ont été effectuées avec des mélanges amidon-air de concentrations inférieures à 400g/m3. Les enregistrements, par imagerie rapide, LDV et PIV, de l'évolution au cours du temps de l'état aérodynamique du milieu et de la répartition des particules dans l'enceinte indiquent que le délai nécessaire pour obtenir un mélange optimal (vitesse et intensité de turbulence minimales, concentration quasi-homogène) est compris entre 500 et 700ms.
On étudie, ensuite, les caractéristiques de combustion isochore de ces suspensions dans une chambre d'explosion de caractéristiques géométriques similaires à celle de l'enceinte précédente pouvant supporter des pressions de 50bar. A la richesse 1, la pression maximale d'explosion est de 5,8bar et la vitesse de combustion de 48cm/s. Ces valeurs diminuent lorsque l'intensité de turbulence initiale décroît.
Domaines
Energie électrique
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