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Personne :
Bourgeois, Yaël

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Bourgeois

Prénom

Yaël

Affiliation

Université Laval. Département de génie mécanique

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ncf13672976

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Résultats de recherche

Voici les éléments 1 - 1 sur 1
  • PublicationAccès libre
    Étude des effets de l'assistance électrique à la combustion sur ses émissions gazeuses
    (2020) Bourgeois, Yaël; De Champlain, Alain
    Ce mémoire de maitrise de recherche en génie mécanique relate les essais menés au laboratoire de combustion de l’Université Laval entre mai 2016 et septembre 2018 sur l’assistance électrique à la combustion du point de vue des émissions gazeuses. La combustion a été effectuée avec deux types de combustible : du propane gazeux et de la biomasse solide. Pour l’étude sur le propane, deux brûleurs ont été utilisés. Le premier est un brûleur simple générant une flamme de diffusion d’entraînement laminaire où seul le débit de propane est contrôlé. Le deuxième est un brûleur annulaire « coflow » où le débit d’air circulant dans l’anneau extérieur et le débit de propane dans le cylindre intérieur peuvent tous les deux être réglés séparément. Dans le cas de la combustion de biomasse, un appareil de chauffage a été fourni par le partenaire industriel du projet. L’assistance électrique a été implémentée de deux façons différentes : • A travers un champ électrique généré par l’application d’une différence de potentiel entre plusieurs jeux d’électrodes aux formes variées. Cette différence de potentiel est établie entre deux bornes avec une amplitude allant de 5 kV à 20 kV et un courant alternatif sinusoïdale allant de10 kHz à 20 kHz. • En faisant circuler l’air d’alimentation de certaines zones de combustion dans un générateur de décharge à barrière diélectrique (DBD) cylindrique d’une puissance maximale de 150 W à une fréquence de 8.2 kHz. Pour l’échantillonnage des émissions, une suite de trois appareils de mesure a été utilisée à des fins d’analyse des gaz d’échappement. Un spectromètre Infrarouge, couplé à un détecteur d’ionisation de flamme et un détecteur d’oxygène, permet d’obtenir de manière relativement précise des informations sur les principales molécules gazeuses que composent les gaz d’échappement émanant de nos différents brûleurs avec ou sans activation de l’assistance électrique. Les protocoles d’essais sont réalisés surmesure pour chaque brûleur et type d’assistance électrique étudiée, afin de s’adapter aisément aux contraintes techniques propres à chacun. Une attention particulière a été portée aux émissions de monoxyde de carbone (CO), d’oxydes d’azote (NOx) et autres polluants atmosphériques ou gaz nocifs pour l’être humain dans nos essais, à une époque où les considérations environnementales sont au cœur de nombreux projets. Au travers des deux types d’assistance électrique et des différents brûleurs, les émissions de CO ont systématiquement été réduites lors de son activation, indépendamment de la fréquence de la décharge électrique responsable. Jusqu’à 70% de réduction fut observé sur les essais au propane, et jusqu’à 30% sur les essais concernant la biomasse. En outre, sur les essais au propane, une explication a été avancée pour faire la lumière sur le phénomène. Il semblerait que l’énergie apporté par le champ électrique soit utilisée en partie pour franchir la barrière d’énergie d’activation de certaines réactions limitantes de combustion, entrainant la diminution du CO dans les gaz résiduels observée. On a pu mettre en évidence que ce CO a été transformé en CO2 et que, le cas échéant, la modification de l’équilibre de réaction a permis d’augmenter l’efficacité de la combustion en réduisant la concentration en composés organiques volatiles (y compris le propane imbrûlé) dans les gaz d’échappement et en y augmentant la teneur en vapeur d’eau : l’autre principal produit de la combustion avec le CO2. Les émissions de NOx sont également réduites par l’activation du champ électrique sur la combustion de propane. Par ailleurs, un découplage des émissions CO/NOx semble avoir été mis en évidence dans l’un de nos scénarios d’essais, offrant une approche prometteuse pour des applications industrielles où les compromis entre CO et NOx sont très présents et contraignants. La structure du front de flamme a également montré être sensible aux variations de l’assistance électrique, particulièrement dans le cas des champs électriques. Le front de flamme est affecté par les directions principales des lignes de courant. Cet effet s’apparente beaucoup au « vent ionique » traditionnel; nos essais ont montré que la plage de fréquences originelles de ce mécanisme (<100 Hz) peut être élargie à des fréquences bien supérieures (de l’ordre de la dizaine de kilohertz). Un mécanisme a été proposé pour expliquer cet effet dans nos essais en se basant sur l’utilisation d’une partie de l’énergie apportée par le champ électrique pour entrainer les ions de la flamme dans la direction du gradient croissant d’intensité de la différence de potentiel électrique aux bornes des électrodes, et ce, même en présence d’un champ oscillant.