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1 RÉSUMÉ REMERCIEMENTS TABLE DES MATIERES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES S LISTE DES APPENDICES NOMENCLATURE TABLE DES MATIERES INTRODUCTION 1 1. TRAVAUX ANTÉRIEURS 3 2. DESCRIPTION DU FOUR DE CUISSON D'ANODES 5 3. LE MODÈLE Hypothèses simplificatrices Définition géométrique du modèle Les équations équation de bilan d'énergie des gaz équation de bilan d'énergie pour les solides équation de bilan de quantité de mouvement Méthode de résolution procédure générale procédure pour les chambres soumises aux feux résolution de l'équation de bilan de quantité de mouvement Coefficient de transfert total coefficient de transfert de chaleur par convection coefficient de transfert de chaleur par rayonnement Matières vol ati 1 es Pertes thermiques page II III IV VI VII XI XII

2 TABLE DES MATIERES (SUITE) 3.8 Distribution initiale des températures SIMULATIONS ET DISCUSSION Détermination du pas d'intégration Détermination du pas de temps Convergence vers le régime établi Simulation du cas de base paramètres d'opération profils de températures comparaison avec les mesures expérimentales caractéristiques de la simulation débit massique et pression relative Autres cycles de cuisson cycle de cuisson de 252 heures cycle de cuisson de 196 heures. 91 CONCLUSION 98 BIBLIOGRAPHIE 101 APPENDICES 103 page

3 LISTE DES TABLEAUX TABLEAU 2.1 TABLEAU 3.1 TABLEAU 3.2 TABLEAU 4.1 TABLEAU 4.2 TABLEAU 4.3 TABLEAU 4.4 TABLEAU 4.5 TABLEAU 4.6 TABLEAU 4.7 TABLEAU 4.8 TABLEAU 4.9 TABLEAU 4.10 TABLEAU B.1.1 TABLEAU B.1.2 TABLEAU B.1.3 TABLEAU B.6.1 TABLEAU B.6.2 paramètres opérationnels du four de cuisson page d 1 anodes 10 étapes d'un démarrage 49 évolution de la température de paroi 53 comparaison du pas d'intégration 57 comparaison du pas de temps temps de calcul pour différents pas de temps 60 convergence vers un régime établi 62 paramètres d'opération (cas de base) 66 températures du poussier - mesures expérimentales.. 76 caractéristiques de la simulation du cas de base correction du facteur Beta (3 36 ) reflétant.la variation de la vitesse de chauffe 90 résultats comparatifs entre les cycles de 192 et de 224 heures 94 correction du facteur Beta (8 2Q ) reflétant la variation de la vitesse de chauffe 95 valeurs expérimentales de l'infiltration tirées de [14] 105 débit massique suivant Taxe du four (polynôme 3 degré) 106 fonction I vs AP 107 P[) g x Lj, en fonction de l'humidité relative (<t>) moyennes mensuelles des températures et des pressions partielles de vapeur d'eau 136

4 LISTE DES S page vue en plan d'une partie du four de cuisson d'anodes.. 6 vue intérieure d'une cloison 8 configuration du four de cuisson d'anodes 9 définition géométrique d'une chambre 14 localisation des positions pour le calcul des températures à l'intérieur des solides 16 positions des noeuds à l'intérieur des solides 17 élément d'une section des solides 18 élément différentiel pour une section des gaz 20 discrétisation de l'équation des gaz 23 discrétisation de l'équation des solides 27 croquis d'une section des solides.. 28 élément différentiel d'une section des gaz 29 schéma d'une ouverture 33 algorithme du modèle dynamique 36 algorithme pour la résolution de l'équation des gaz algorithme pour la résolution de l'équation de bilan de quantité de mouvement 42 température de paroi suivant l'axe du four 51 évolution de la température de paroi 54 vue en plan d'une demi-alvéole 55 profils initiaux de température de paroi 63 profi 1 en régime établ i 64 variation de la température de paroi suivant l'axe du four variation de la température au centre des anodes suivant Taxe du four 69

5 VIII LISTE DES S (SUITE) page variation de la température des gaz suivant 1 ' axe du four 70 variation de la température des gaz suivant 1 ' axe du four, 71 variation de la température des gaz en fonction de l'âge du feu position des thermocouples dans une alvéole variation de la température du poussier en fonction du cycle de cuisson 77 variation de la température du poussier en fonction du cycle de cuisson 78 variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson 82 variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson variation du débit massique suivant l'axe du four variation de la pression dans la conduite suivant l'axe du four 85 variation de la température de paroi suivant 1 ' axe du four 87 variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson 89 variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson 89 variation de la température de paroi suivant 1 ' axe du four comparaison de la température de paroi variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson 96 variation de la température au centre des anodes en fonction du cycle de cuisson 96

6 IX LISTE DES S (SUITE) B.1.1 B.2.1 B.2.2 B.2.3 B.2.4 B.2.5 B.2.6 B.2.7 B.2.8 B.2.9 B.2.10 B.2.11 B.3.1 B.3.2 B.3.3 B.4.1 B.4.2 B.6.1 Cl C.2 C.3 C.4 C.5 C.6 page fonction INFILTRATION 109 courbe de montée en température des anodes 111 variation de la montée en température des anodes hydrogène dégagé par mètre de four 113 dérivée de la courbe de la Figure B énergie fournie par le dégagement de l'hydrogène méthane dégagé par mètre de four 116 dérivée de la courbe de la Figure B énergie fournie par le dégagement du méthane 118 C x Hy dégagé par mètre de four 119 dérivée de la courbe de la Figure B énergie fournie par le dégagement de C x H y 121 pertes thermiques par la partie supérieure des anodes 123 pertes thermiques par la partie inférieure des anodes 124 pertes thermiques à travers la conduite 125 conductivité thermique de la brique 128 conductivite thermique du poussier de garnissage facteur d'émission de la vapeur d'eau 135 organigramme général du modèle dynamique 144 ordinogramme du programme principal MODDYN 145 ordinogramme du sous-programme TEMPSOL 146 ordinogramme du sous-programme TEMPGAZ 147 ordinogramme du sous-programme HTOTAL ordinogramme du sous-programme ITERDEBIT 150

7 X LISTE DES S (SUITE) page C.7 ordinogramme du sous-programme ITERFEU 151 C.8 ordinogramme du sous-programme COMPOSI 152 C.9 ordinogramme du sous-programme VOLATILE 153

8 LISTE DES APPENDICES Page APPENDICE A paramètres de simulation 103 APPENDICE B fonctions et propriétés 105 APPENDICE C ordinogrammes 141 APPENDICE D liste des variables 154 APPENDICE E exemple de résultats 164 APPENDICE F listages 168

9 NOMENCLATURE A : section de la conduite perpendiculaire [m 2 ] a l'écoulement A' : surface de l'ouverture [m 2 ] facteur relatif a la vélocité de l'air infiltré coefficient d'écoulement pour un orifice rectangulaire p : chaleur massique des solides J a: anode, b: brique, c: poussier (coke), K C pg : chaleur massique du gaz (air) kg K D : diamètre équivalent de la conduite [m] f : facteur de friction de Darcy coefficient de transfert de chaleur par convection m 2 K h RAD : coefficient de transfert de chaleur par radiation h T : coefficient de transfert de chaleur total m 2 K W m 2 K

10 XIII NOMENCLATURE (SUITE) H ; v (H 2,CH 1+,C x H y ) chaleur de combustion des matières volatiles, H 2 : hydrogène, CH^: méthane, C x H y : hydrocarbures lourds kg (a,b,c) chaleur de combustion de l'huile utilisée conductivite thermique des solides, a: anode, b: brique, c: poussier conductivite thermique du gaz * kg mk W_ mk i longueur équivalente de la conduite [m]- m. débit massique des gaz (air) s m. m», débit massique de l'air infiltré par mètre de fournaise débit massique des matières volatiles par mètre de fournaise J<g_ ms ms m. débit massique de combustible par mètre de fournaise ms Nu nombre de Nusselt pression statique à la position x Pr nombre de Prandtl

11 XIV NOMENCLATURE (SUITE) PROF profondeur d'une alvéole EQ périmètre equivalent de la conduite [m] PER périmètre réel de la conduite [m] chaleur qui entre dans une tranche (gaz) 'GS chaleur qui sort d'une tranche (gaz) chaleur transmise par Tair d'infiltration s chaleur échangée avec la paroi s chaleur fournie par la combustion des matières volatiles s chaleur fournie par la combustion du combustible 0* g PC chaleur perdue a travers la conduite flux de chaleur perdue à travers fondations et a l'environnement les

12 XV NOMENCLATURE (SUITE) chaleur perdue à travers la conduite par mètre de four m 'PS chaleur perdue par les anodes par mètre de four m Re nombre de Reynolds température du gaz température des solides [K] température du mur de brique T. température de l'air d'infiltration T* Y: température des solides après un intervalle At. coefficient d'expansion pour un orifice

13 XVI NOMENCLATURE (SUITE) LETTRES GRECQUES facteur contrôlant la combustion des matières volatiles At : intervalle de temps [s] Ax : pas d'intégration réel (direction [m] longitudinale) Ax : pas d'intégration pour perte de charge [m] c AZ : pas d'intégration (direction transversale) [m] : demi-largeur d'une alvéole [m] e : facteur d'émission de la paroi de brique e : facteur d'émission du gaz facteur d'émission du bioxyde de carbone Q : facteur d'émission de la vapeur d'eau facteur d'émission total viscosité du gaz (air) -2- m»s

14 XVII LETTRES GRECQUES (SUITE) masse volumique du gaz (air) (a,b,c) masse volumique des solides a: anodes, b: brique, c: poussier constante de Stefan-Boltzmann