Design of porous medium burners by means of additive manufacturing

Résumé

La morphologie stochastique des mousses céramiques et les discordances entre spécimens du même type compliquent la création de modèles numériques lors de la conception et l'optimisation de brûleurs poreux. Une solution favorable, du point de vue de la modélisation, est l'application d’une structure cellulaire ordonnée dans une géométrie prédéfinie ultimement produite par fabrication additive. Cette solution devrait permettre d'atteindre des rendements plus élevés et des émissions de polluants plus faibles. Dans ce document, composé de deux sections principales, les procédures permettant la sélection des réseaux de diamant avec des paramètres appropriés ainsi que la comparaison des performances de brûleurs poreux avec différents matériaux et géométries sont présentées. La première section décrit la méthodologie utilisée pour l'analyse géométrique des mousses céramiques et la sélection des réseaux de diamants équivalents. Trois types de mousses en céramique SiSiC (10 PPI, 30 PPI et 60 PPI) ont été évaluées à partir de coupes transversales et de volumes 3D obtenus par tomographie aux rayons X. La combinaison d'une analyse de taille de cellule adaptée de la norme ASTM D3576-15 et d'un modèle de tétrakaidécaèdre préalablement développé a été choisie parmi d'autres méthodes pour déterminer la taille des pores. Après l’analyse des mousses céramiques, une approche de sélection des réseaux de diamant équivalents en termes de porosité et de perméabilité absolue a été proposée. En conséquence, trois échantillons ont été imprimés à partir d’un alliage de CoCr: une mousse de 10 PPI et une mousse de 60 PPI, ainsi qu'un treillis diamant équivalent à une mousse de 10 PPI. Un banc d'essai du brûleur poreux à deux sections a ensuite été conçu et assemblé, ce qui a permis de mesurer la température, les émissions de polluants et les chutes de pression des différents bruleurs. La deuxième section décrit les procédures expérimentales et les résultats de six configurations de test qui ont permis d’étudier l’influence de la géométrie et du matériau sur les propriétés effectives des bruleurs. Dans toutes les configurations, les émissions de polluants étaient faibles et à la limite de détection de l'équipement, ce qui correspond à la théorie et aux recherches antérieures. L'application du CoCr a été jugée avantageuse dans la section amont, assurant une stabilité de la flamme et une résistance structurelle plus élevée. Le réseau de diamants s'est avéré être un bon candidat pour le remplacement de la géométrie des mousses en fournissant à la fois la prévisibilité et une rigidité structurelle plus élevée. Nous recommandons que d'autres recherches soient effectuées quant à l'utilisation de la géométrie en treillis de diamants avec l’alliage CoCr dans la section amont.

Date	22 oct. 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice)), Vladimir Brailovski (Codirecteur(-trice)) & Patrick Terriault (Codirecteur(-trice))