Combustions

Cette séance traite de la thermodynamique des combustions.

Dans les chambres de combustion fonctionnant en système ouvert, on fait généralement l’hypothèse que la pression de sortie est égale à la pression d’entrée. Si l’on veut affiner l’analyse, on peut considérer qu’il y a une petite baisse de pression due aux “pertes de charge”, mais elle peut être négligée en première approximation.

Il en résulte que l’évolution de référence est l’isobare.

Les chaudières et les chambres de combustion dans lesquels les combustions prennent place étant fixes, le travail utile mis en jeu est nul. Par ailleurs, à l’entrée et à la sortie de ces composants, les vitesses des fluides sont toujours relativement faibles, de telle sorte que les énergies cinétiques sont négligeables.

Dans ces conditions l’écriture du premier principe se résume pour les chambres de combustion à : Δh = Q

Calculer la chaleur mise en jeu dans ces composants consistera donc à déterminer la variation d’enthalpie du fluide qui les traverse.

Référence cours :

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(Séance réalisée le 22/02/05 par Renaud Gicquel)

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

Composition de l’air

Composant fraction molaire
%
masse molaire
kg/kmole
fraction massique
%
N2 0,781 28 0,756
Ar + CO2 0,009 40 0,012
O2 0,210 32 0,232
N2 atmosph. 0,790 28,15 0,768

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

Combustions incomplètes

CHa + λ 1 + a 4 O2 + 3,76 N2 1 - k1 CO2 + k1 CO + 1 - k2 a 2 H2O + k2 a 2 H2 + λ - 1 1 + a 4 + k1 2 + k2 a 4 O2 + 3,76 λ 1 + a 4 N2

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

SRC d’une combustion (calcul de T)

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

Variation de la chaleur de réaction en cas de défaut d’air

Calculons à titre d’exemple la chaleur de réaction de l’octane pour une réaction stœchiométrique :

C8H18 + 12,5 O2 + 3,76 x 12,5 N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 3,76 x 12,5 N2

La masse molaire de l’octane étant 114,22 kg/kmole, sa chaleur de réaction massique est égale à :

Si la réaction n’est plus stœchiométrique, mais se déroule en défaut d’air, la formation de monoxyde de carbone vient diminuer la chaleur de réaction.

Pour une richesse égale à 1,25, par exemple, la réaction devient :

C8H18 + 10 O2 + 37,6 N2 → 3 CO2 + 5 CO + 9 H2O + 37,6 N2

soit une baisse de 25,7 % par rapport à la réaction stœchiométrique.

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

N2

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

Température adiabatique de flamme

hr = hr0 + T0 Tr Cprtdt

- Δ Hr = hr0 - hp0

hp = hp0 + T0 Tad Cptdt = hr

THERMODYNAMIQUE DE LA COMBUSTION

Combustion

Combustions

Cette séance traite de la thermodynamique des combustions.

Elle a permis de montrer les points suivants :

Paramétrage de la transfo combustion

Le paramétrage de cette transfo étant un peu plus complexe que celui des autres, nous vous suggérons de vous reporter à la documentation de Thermoptim pour des explications complémentaires.

Le document téléchargeable ci-dessous reprend les indications fournies oralement avec l’écran précédent.