LMECA2160 - Combustibles et combustion

Tilte of the course [sigle]:

Combustion and fuels and heat transfer [ LMECA2160 ]

Volume (credits ECTS et hours):

5,0 credits ECTS [30,0 h + 30,0 h]

Quadrimestre:

1q

Teachers:

PAPALEXANDRIS Miltiadis

Language:

English

Place of the course:

Louvain-la-Neuve

Online resources:

http://icampus.uclouvain.be/claroline/course/index.php?cid=LMECA2160

Prerequisite:

Main themes:

Origins, nature, and conditioning of fuels. Mass and energy balance laws of combustion. Physical chemistry and chemical kinetics of combustion: reacting schemes and phenomenology of the modes of combustion. Fuel combustion technologies: conception and design of combustion heat transfer equipment.

Learning outcomes:

Contribution of the course to the program objectives (N°)

With respect to the reference  AA of the programme of studies ``Master in Mechanical Engineering’’, this course contributes to the development and acquisition of the following skills

• AA1.1, AA1.2, AA1.3
• AA2.3, AA2.4, AA2.5
• AA3.1, AA3.3
• AA4.1, AA4.2, AA4.3, AA4.4
• AA5.2, AA5.4, AA5.5
• AA6.1, AA6.4

Specific learning outcomes of the course

To provide the theoretical and practical background in the use of fuels via a physico-chemical approach to combustion and to present the technological aspects relative to fuel combustion.

Evaluation methods:

Written exam, with closed books and notes.

• The score on the laboratory report counts for 25% of the overall score.
• The score on the theoretical questions of the exam counts for 50% of the overall grade.
• The score of the exercises of the exam counts for 25% of the overall score.

Teaching methods:

• Course lectures
• Session of exercises
• Laboratory: Operation of a domestic natural-gas boiler and analysis of its combustion efficiency.

Content:

1.Energetic study of fuels and their use.

Origins and formation of fuels.

Conditioning and specification of fuels. Global mass and energy balance laws in combustion. Control and diagnostic techniques.

2. Thermochemistry.

Chemical kinetics of combustion. Chain-branching mechanisms. Explosivity and flammability limits, flame temperature. Chemical reaction rates, deflagrations and detonations. Pollutant formation. Measurement techniques.

 3. Combustion and heat transfer technologies.

 Combustion of gases: burners for premixed and non-premixed combustion. Combustion of liquids: pulverization and diffusion. Combustion of solids: fixed beds, pulverization, fluidized beds.

4. Use of heat:

Heat transfer basics. Conduction, free and forced convection, radiation. Applications to combustion-related problems.

The balance laws of mass and of energy and the physico-chemical calculations are the objects of exercises and laboratory experiments. In these experiments emphasis is placed upon the phenomenology of combustion, control methods and diagnostics and upon operating methods.

Bibliography:

• · Lecture notes of the course LMECA2160 (in French). Compulsory, available on the i-campus site of the course and at CECI.
• · Instructions of use for the laboratory of the course (in French). Compulsory, available on the i-campus site of the course.
• · List of exercises and theoretical questions (in French). Recommended, available on the i-campus site of the course .
• · S.R. Turns, Introduction to Combustion, Mc Graw Hill, 2000. Recommended.
• · K.K. Kuo, Principles of Combustion, Wiley, 2005. Recommended.
• · T. Poinsot & D. Veynante, Theoretical and Numerical Combustion, Edwards. Recommended

Other information:

Cycle and year of study:

> First year of Master [120] : mechanical engineering

> Second year of Master  [120] : mechanical engineering

> First year of Master [120] : electro-mechanical engineering

> Second year of Master  [120] : electro-mechanical engineering

Faculty or entity in charge:

MECA

Intitulé du cours [sigle] :

Combustibles, combustion et transfert de chaleur [ LMECA2160 ]

Volume (crédits ECTS et heures) :

5,0 crédits ECTS [30,0 h + 30,0 h]

Quadrimestre :

1q

Enseignants :

PAPALEXANDRIS Miltiadis

Langue d’enseignement :

Anglais

Lieu de l'activité :

Louvain-la-Neuve

Ressources en lignes :

http://icampus.uclouvain.be/claroline/course/index.php?cid=LMECA2160

Prérequis :

Thèmes abordés :

• Origine, nature et conditionnement des combustibles.
• Bilans de matière et d'énergie en combustion.
• Physico-chimie et cinétique de la combustion : schémas réactionnels et phénoménologie des modes de combustion.
• Technologies de mise en œuvre des combustibles : conception et calcul des équipements de combustion et de transfert de chaleur associés.

Acquis d’apprentissage :

Eu égard au référentiel AA du programme « Master ingénieur civil mécaniciens », ce cours contribue au développement, à l'acquisition et à l'évaluation des acquis d'apprentissage suivants :

• AA1.1, AA1.2, AA1.3
• AA2.3, AA2.4, AA2.5
• AA3.1, AA3.3
• AA4.1, AA4.2, AA4.3, AA4.4
• AA5.2, AA5.4, AA5.5
• AA6.1, AA6.4

Plus précisément, au terme du cours, l'étudiant sera capable de fournir les bases théoriques et technologiques de l'utilisation des combustibles par l'approche physico-chimique de la combustion et l'étude fonctionnelle des technologies qu'elle met en œuvre.

Modes d'évaluation des acquis d'apprentissage :

• · Examen : écrit  sans livres, notes de cours et notes personnelles
• · La note au rapport de laboratoire vaut pour 25 % de la note finale.
• · La note sur les questions théorique d’examen vaut pour 50 % de la note finale.
• · La note sur les exercices d’examen vaut pour 25% de la note finale.

Méthodes d'enseignement :

• Cours magistral
• Séances d’exercices
• T.P. Laboratoire : analyse de performance de la combustion d'une chaudière à gaz domestique

Contenu :

Le cours magistral comporte trois parties :

1. Problématique énergétique des combustibles et leur mise en oeuvre :

• · genèse et formation des combustibles
• · filières de conditionnement et spécifications
• · bilans globaux de matière et d'énergie en combustion
• · techniques de contrôle et diagnostiques

2. Physico-chimie et cinétique de la combustion :

• · mécanismes chimiques, chaines ramifiées
• · limites d'explosivité et d'inflammabilité, température de flamme
• · vitesse de propagation, déflagration et détonation - formation des polluants
• · techniques de mesure

3. Technologie de la combustion et de l'utilisation de la chaleur :

• · combustion de gaz : brûleurs à prémélange et à mélange au nez
• · combustibles liquides : pulvérisation et diffusion
• · combustibles solides : lits fixes, pulvérisation, lits fluidisés
• · utilisation de la chaleur : notions de transfert de chaleur.

Les bilans de matière et d'énergie et les calculs physico-chimiques font l'objet d'exercices dirigés et de travaux pratiques de laboratoire. Ces derniers mettent l'accent à la fois sur l'observation phénoménologique, sur les méthodes de contrôle et de diagnostic et sur la technologie mise en oeuvre.

Bibliographie :

• · Notes du cours LMECA2160 (en français). Obligatoire, disponible sur le site i-campus du cours et au CECI.
• · Mode d’emploi du dispositif expérimental et instructions au laboratoire (en français). Obligatoire, disponible sur le site i-campus du cours.
• · Enoncés d’exercices, et des questions théoriques (en français). Conseillé, disponible sur le site i-campus du cours.
• · S.R. Turns, Introduction to Combustion, Mc Graw Hill, 2000. Conseillé
• · K.K. Kuo, Principles of Combustion, Wiley, 2005. Conseillé
• · T. Poinsot & D. Veynante, Theoretical and Numerical Combustion, Edwards, 2003. Conseillé

Autres informations :

Cycle et année d'étude :

> Première année de master [120] : ingénieur civil mécanicien, à finalité spécialisée
> Deuxième année de master [120] : ingénieur civil mécanicien, à finalité spécialisée

> Première année de master [120] : ingénieur civil électromécanicien, à finalité spécialisée
> Deuxième année de master [120] : ingénieur civil électromécanicien, à finalité spécialisée

Faculté ou entité en charge :

MECA