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Par Joseph D. Smith le 22 octobre 2007
test des trois brûleurs

Les torchères à profil bas posent des problèmes de conception importants, notamment en ce qui concerne les flammes allongées, l'alimentation en air adéquate des becs de brûleurs situés sur les rangées intérieures et le flux de rayonnement élevé de la flamme vers la barrière éolienne environnante. Des travaux récents réalisés par des ingénieurs d'Alion Science and Technology pour Zeeco, Inc. se sont concentrés sur l'analyse des performances d'un embout de brûleur breveté utilisé dans de grandes torchères de gaz à profil bas comportant jusqu'à 400 embouts de brûleur regroupés dans une configuration de tuyauterie échelonnée entourée d'une barrière anti-vent spécialement conçue à cet effet. Cet article présente les résultats de l'analyse CFD de cette torche et illustre la capacité de l'outil CFD à simuler la formation de suie, le flux radiant, la forme de la flamme et la hauteur de la flamme pour les champs de torches à profil bas à l'échelle industrielle. Ce travail a été réalisé en conjonction avec des tests de torche où l'éthylène a été tiré à travers les extrémités du brûleur. Les données recueillies au cours de ces tests de torche comprenaient la vidéo, le flux radiant et le son. Les résultats des tests ont été utilisés pour calibrer le modèle de combustion et pour valider les prédictions CFD de la hauteur de la flamme et de la demande d'air. Sur cette base, les prédictions de hauteur de flamme et de demande d'air ont été fournies pour deux cas complets de torche. En outre, des estimations du flux radiant vers la barrière à vent environnante ont été fournies.


INTRODUCTION

Une série de calculs de la performance des torches a été effectuée. Le but de ces calculs était de prédire la demande en air dans diverses conditions. De plus, le profil de radiation thermique autour de la torche a également été déterminé. Le principal outil de calcul de dynamique des fluides (CFD) utilisé dans cette analyse était ISIS-3D [1, 2, 3]. Auparavant, ISIS-3D a été utilisé dans diverses analyses d'incendies de piscines pour prédire la performance thermique des colis [4]. Plus récemment, ISIS-3D a été appliqué à l'analyse des torches. Dans cette application, de nouveaux modèles de combustion ont été mis en œuvre pour traiter de nouveaux mélanges de combustibles, notamment le propane et l'éthylène. Les modèles de combustion et de rayonnement ont été comparés à la taille, à la forme et aux mesures de rayonnement de la flamme mesurées lors de tests à un et plusieurs brûleurs dans des conditions ambiantes sans vent et avec un vent faible.

Le modèle CFD comprenait différents détails en fonction du cas qui était exécuté. Pour un brûleur unique, un domaine de calcul de 6 m x 6 m x 30 m a été choisi. Pour un cas de multi-brûleurs, une taille de domaine de 35 m x 35 m x 25 m a été sélectionnée. Pour le champ complet, le domaine de calcul a été étendu de 10 m au-delà de la barrière de vent entourant le champ complet de la torche.


mesures expérimentales de la flamme

Calculs sur l'ensemble du terrain

Quatre calculs complets ont été effectués, représentant un cas de débit de pointe et un cas de gaz mixte soutenu sans vent latéral. Ces calculs avaient une densité de maillage de plus de 700 000 cellules pour le cas de gaz mixte et de 1 200 000 pour le cas de débit de pointe. Le domaine physique simulé était de 10 mètres au-delà du périmètre de la clôture dans toutes les directions avec une hauteur totale de 25 m. Les résultats de ces cas ont été utilisés pour évaluer la demande totale d'air pour la torche ainsi que le flux de rayonnement vers deux points centraux de la clôture.


CONCLUSIONS

Le travail présenté dans cet article documente une analyse de flamme transitoire pour la torche multi-pointes à profil bas. Les objectifs de ce travail comprennent la prédiction de la demande totale d'air et de la hauteur de flamme attendue pour un cas de débit soutenu et un cas de débit maximal brûlant de l'éthylène. Le modèle CFD ISIS-3D a été utilisé pour effectuer les simulations informatiques pour un test à un seul brûleur et un test à trois brûleurs afin de vérifier les prédictions du modèle. Sur la base de la vérification du modèle, le champ complet a été simulé. Des simulations de champ complet incluant tous les brûleurs du champ de torche ainsi que la clôture environnante ont été réalisées. Les prédictions d'ISIS-3D indiquent que suffisamment d'air est entraîné à travers la clôture pour empêcher la flamme de s'étendre au-delà du sommet de la clôture et de générer une fumée notable pour le cas de débit maximal qui est considéré comme le cas limite. Les flux de rayonnement vers la clôture éolienne sont prévus pour atteindre 100 000 W/m2.

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