CE05 - Une énergie durable, propre, sûre et efficace

Modélisation de l'échelle micro à l'échelle macro pour une combustion sûre de l'hydrogène dans les lits fluidisés – MIMOSAH

Modélisation de la combustion d'hydrogène dans les lits fluidisés de l'échelle micro à l’échelle macro

Proposer une caractérisation très fine de la combustion d'hydrogène en présence de particules à l'échelle microscopique. <br />Développer une modélisation macroscopique robuste, capable de rendre compte du caractère réactif de la phase gazeuse ainsi que de son couplage avec la phase dispersée.

Objectifs du projet

MIMOSAH se propose de développer un procédé de type à lits fluidisés dans lequel la conversion d’hydrogène s’effectue à des températures suffisamment faibles, en environnement contrôlé par la présence d’un milieu solide partiellement inerte, de manière à faire face aux risques liés à la réactivité et large plage d’inflammabilité qui caractérisent ce type de combustible. En effet, l'utilisation de l'hydrogène présente des risques accrus par rapport aux combustibles conventionnels. La présence d’une phase solide dispersée permet de contrôler la combustion par inhibition thermique et/ou chimique ; un régime de fluidisation favorise le mélange ainsi que les échanges thermiques. La combustion en lit fluidisés constitue alors une solution prometteuse pour la production d’énergie thermique sûre et efficace à partir de l'hydrogène.

Une caractérisation très détaillée de l'écoulement réactif est réalisée via des simulations numériques directes de particules complètement résolues avec le code RESPECT. Ces données obtenues à l'échelle microscopique sont utilisées pour développer des lois de fermeture pour la modélisation macroscopique de type N-Euler, à implanter dans le code NEPTUNE_CFD. Les résultats obtenus par les simulations numériques sont comparés aux expériences de laboratoire à des fins de validation de la modélisation physique/mathématique.

Modélisation mathématique de l’écoulement diphasique multi-espèces réactif, dans le cadre de l’approche à 1-fluide par méthode de pénalisation.

Simulation numérique directe de la combustion d’hydrogène en régime dense de particules. Caractérisation de la combustion d’hydrogène en lits fluidisés par les expériences de laboratoire. Simulations 3D instationnaires du réacteur à l'échelle du laboratoire.

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Ce projet vise à caractériser la combustion de l'hydrogène dans les lits fluidisés, pour la production d'énergie thermique par des dispositifs de puissance moyenne. Une approche multi-échelle, de la micro à la macro-échelle, sera utilisée. Une caractérisation très fine de l’écoulement réactif sera réalisée par la simulation numérique directe de particules complétement résolues (FRP-DNS). Cela sera d'abord effectuée en régime fixe afin de valider les schémas réduits de réaction, développés dans le cadre du projet, par rapport à des expériences de laboratoire. Ensuite, des simulations numériques directes de particules complétement résolues seront réalisées en régime fluidisé, pour étudier la combustion de l'hydrogène dans des lits fluidisés, à l'échelle microscopique. A partir de résultats à micro-échelle, des lois de fermeture à utiliser dans une approche à macro échelle seront développées. Les modèles seront implantés dans un code N-Euler et des simulations numériques de lits fluidisés seront effectuées et comparées à des expériences de laboratoire.

Coordination du projet

Enrica MASI (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IMFT Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse

Aide de l'ANR 280 044 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2020 - 48 Mois

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