Etude expérimentale et numérique de la précipitation électrostatique d’une atmosphère chargée de pollution

Abstract

الملخص(بالعربية): الهدف الرئيسي من هذه المذكرة هو دراسة لمرسب كهروستاتيكي في شكل هندسي جديد لا متماثل (سلك - أسطواني)، حيث قمنا بدراسة تجريبية ورقمية لهذا نموذج مخبري، و قمنا بتقييم مردوديته في جمع جزئيات ذات مقاومية عالية مثل تلك التي تنتج في عملية تصنيع الاسمنت، أجريت هذه التجارب باستعمال جزيئات الاسمنت من 0.18 إلى 05 ميكروميتر ذات متوسط حجمي يقدر بـ 0.4 ميكروميتر ،تقدر مردودية هذا نموذج لعدة قيم من كمون الكهربائي المطبق،فالقياسات الكهربائية تدل على أن سلوك التفريغ الكهربائي (كورونة) في هذه الحالة مماثل للسلوك ناتج في حالة استعمال شكل هندسي متماثل (سلك - أسطواني) وأظهرت النتائج أن مردودية هذا مرسب الكهروستاتيكي يمكن أن تصل إلى 95%،ومن أجل فهم مسار الجزيئات داخل مرسب الكهروستاتيكي تمت مقارنة النتائج التجريبية مع البيانات الرقمية التي تم حصول عليها من المحاكاة، تشير هذه النتائج أن الجسيمات يكمن استقطابها في مناطق محددة جيدا على أسطوانة حيث يكون الحقل الكهربائي ضعيف. الكلمات المفتاحية: مرسب الكهروستاتيكي، التفريغ الكهربائي(كورونة) ، جزئيات ذات مقاومية عالية، شكل هندسي لا متماثل، مردودية. ---------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) : L'objectif principal de cette thèse est d'étudier un précipitateur électrostatique (ESP) dans une nouvelle configuration asymétrique fil-cylindre. Notre précipitateur électrostatique (prototype de laboratoire) est étudié expérimentalement et numériquement. Où nous évaluons l'efficacité de collecte des particules de haute résistivité telles que celles produites des procédés de fabrication du ciment. Les expériences sont réalisées avec des particules de ciment allant de 0,18 à 5 µm avec une taille moyenne d'environ 0,4 µm. Un spectromètre d’aérosol est utilisé pour caractériser la distribution de taille de ces particules à la sortie de l'ESP. L'efficacité de la collecte est estimée pour diverses grandeurs de tension appliquées en courant continu et pour les deux polarités positive et négative. Les mesures électriques montrent que le comportement des décharges couronne est semblable à celui obtenu en configuration axisymétrique fil-cylindre. Les résultats montrent que l'efficacité de collecte de notre électrofiltre peut atteindre 95% dans la polarité négative. Afin de comprendre les trajectoires des particules à l'intérieur de l'ESP, les résultats expérimentaux sont comparés avec les données obtenues à partir de la simulation numérique en utilisant un modèle couplé. Ces résultats numériques indiquent que les particules peuvent être collectées sur des zones bien déterminées de l’électrode de collecte où le champ électrique est faible. Mots clés: précipitateur électrostatique, décharge corona, particules de haute résistivité, géométrie asymétrique, efficacité de la collecte. ---------------------------------------------- The main objective of this thesis is to study a new electrostatic precipitator (ESP) with asymmetrical wire-to-cylinder configuration. Our laboratory scale ESP is investigated experimentally and numerically. Where we evaluate the collection efficiency of high resistivity particles such as the ones released from cement manufacturing processes. The experiments are performed with cement particles ranging from 0.18 to 5 µm with a mean size of about 0.4 µm. An aerosol spectrometer is employed for characterizing the size distribution of these particles at the outlet of the ESP. The collection efficiency is estimated for various dc applied voltage magnitudes and for both positive and negative polarities. The electrical measurements show that behavior of corona discharges is similar to that obtained in symmetrical wire-to-cylinder configuration. Results show that the particle collection efficiency of the ESP can reaches 95 % in the case of negative corona discharge. In order to understand the particle trajectories inside the ESP, the experimental results are compared with data obtained from numerical simulation by using a coupled model. Numerical results indicate that the particles can be collected on the hole collecting electrodes even in the area where the electric field is less intense. Keywords: Electrostatic precipitator, corona discharge, high resistivity particles, asymmetrical geometry, collection efficiency.