Mémoire (M.Eng.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1996. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La combustion est utilisé dans l’industrie chimique et du traitement des minéraux dans le but de produire de la vapeur dans les chaudières, de sécher les concentrés dans les fours rotatifs, et d’appliquer des traitements thermiques dans les fours pyrométallurgiques. Le contrôle serré de la combustion dans ces fours est très important parce que les conditions de combustion affectent directement la qualité du produit fini. Arriver à un contrôle serré de la combustion n’est pas facile à cause du fait que les flammes qu’on retrouve dans ces industries sont obtenues avec des combustibles non pré-mélangés et aussi parce que la combustion est affectée par des perturbations non-mesurées comme l’utilisation fréquente de plusieurs combustibles, certains étant des sous-produits de l’usine, et de débit et composition variables. Une nouvelle méthode est proposée dans cette étude afin d’améliorer le contrôle de la qualité des produits de ces fours tout en réduisant la consommation de carburants. Cette méthode s’appuie sur l’extraction d’information provenant d’images de flammes. La méthode d’analyse et de régression sur les images multivariées est utilisée pour l’extraction des caractéristiques de couleur de la flamme qui sont ensuite utilisées pour prédire la température de décharge des solides d’un four rotatif (qualité). Cette étude démontre que cette méthode est capable de très bien prédire la température de décharge du solide 20, 40, et jusqu’à 80 minutes dans le futur. Ceci devrait permettre une réduction substantielle de la variabilité de la qualité du produit et de la consommation de combustible. / Combustion is used throughout the mineral processing industry to produce steam in boilers, to dry concentrates in rotary dryers, and to apply heat treatments in pyrometallurgical furnaces. Tight combustion control is very important in the latter type of furnace since the combustion conditions directly affect final ore quality. However, achieving tight combustion control is not straightforward since most of the flames encountered in industry are turbulent non-premixed flames, they are affected by several unmeasured disturbances, various flow rates, continuous variation in the mix between fuels since they are often produced by simultaneously burning several types of fuel, some of them coming from other parts of the plant. A novel method is proposed in this study to improve process and product quality control as well as to optimize the combustion conditions based on digital flame color images. Multivariate Image Analysis and Regression is used to extract the flame color characteristics from images to predict the solids discharge temperature of an industrial rotary kiln related to product quality. It is shown that this method yield extremely good 20 minutes, 40 minutes as well as 80 minutes ahead forecasts of the discharge temperature of mineral ore. This should lead to a substantial reduction in product quality variability as well as in fuel consumption.

Mémoire (M. Sc. A.) --Université du Québec à Chicoutimi, 1988. / Bibliogr. : f. 104-105. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Aujourd'hui, avec l'amélioration des puissances de calcul informatique, la simulation numérique est devenue un outil essentiel pour la prédiction des phénomènes physiques et l'optimisation des procédés industriels. La modélisation de ces phénomènes pose des difficultés scientifiques car leur résolution implique des temps de calcul très longs malgré l'utilisation d'importantes ressources informatiques.Dans cette thèse, on s'intéresse à la résolution de problèmes complexes couplant écoulements et transferts thermiques. Les problèmes physiques étant fortement anisotropes, il est nécessaire d'avoir un maillage avec une résolution très élevée pour obtenir un bon niveau de précision. Cela implique de longs temps de calcul. Ainsi il faut trouver un compromis entre précision et efficacité. Le développement de méthodes d'adaptation en temps et en espace est motivé par la volonté de faire des applications réelles et de limiter les inconvénients inhérents aux méthodes de résolution non adaptatives en terme de précision et d'efficacité. La résolution de problèmes multi-échelles instationnaires sur un maillage uniforme avec un nombre de degrés de liberté limité est souvent incapable de capturer les petites échelles, nécessite des temps de calcul longs et peut aboutir à des résultats incorrects. Ces difficultés ont motivé le développement de méthodes de raffinement local avec une meilleure précision aux endroits adéquats. L'adaptation en temps et en espace peut donc être considérée comme une composante essentielle de ces méthodes.L'approche choisie dans cette thèse consiste en l'utilisation de méthodes éléments finis stabilisées et le développement d'outils d'adaptation espace-temps pour améliorer la précision et l'efficacité des simulations numériques.Le développement de la méthode adaptative est basé sur un estimateur d'erreur sur les arrêtes du maillage afin de localiser les régions du domaine de calcul présentant de forts gradients ainsi que les couches limites. Ensuite une métrique décrivant la taille de maille en chaque noeud dans les différentes directions est calculée. Afin d'améliorer l'efficacité des calculs la construction de cette métrique prend en compte un nombre fixe de noeuds et aboutit à une répartition et une orientation optimale des éléments du maillage. Cette approche est étendue à une formulation espace-temps où les maillages et les pas de temps optimaux sont prédits sur des intervalles de temps en vue de contrôler l'erreur d'interpolation sur la domaine de calcul. / Nowadays, with the increase in computational power, numerical modeling has become an intrinsic tool for predicting physical phenomena and developing engineering designs. The modeling of these phenomena poses scientific complexities the resolution of which requires considerable computational resources and long lasting calculations.In this thesis, we are interested in the resolution of complex long time and large scale heat transfer and fluid flow problems. When the physical phenomena exhibit sharp anisotropic features, a good level of accuracy requires a high mesh resolution, hence hindering the efficiency of the simulation. Therefore a compromise between accuracy and efficiency shall be adopted. The development of space and time adaptive adaptation techniques was motivated by the desire to devise realistic configurations and to limit the shortcomings of the traditional non-adaptive resolutions in terms of lack of solution's accuracy and computational efficiency. Indeed, the resolution of unsteady problems with multi-scale features on a prescribed uniform mesh with a limited number of degrees of freedom often fails to capture the fine scale physical features, have excessive computational cost and might produce incorrect results. These difficulties brought forth investigations towards generating meshes with local refinements where higher resolution was needed. Space and time adaptations can thus be regarded as essential ingredients in this recipe.The approach followed in this work consists in applying stabilized finite element methods and the development of space and time adaptive tools to enhance the accuracy and efficiency of the numerical simulations.The derivation process starts with an edge-based error estimation for locating the regions, in the computational domain, presenting sharp gradients, inner and boundary layers. This is followed by the construction of nodal metric tensors that prescribe, at each node in the spatial mesh, mesh sizes and the directions along which these sizes are to be imposed. In order to improve the efficiency of computations, this construction takes into account a fixed number of nodes and generates an optimal distribution and orientation of the mesh elements. The approach is extended to a space-time adaptation framework, whereby optimal meshes and time-step sizes for slabs of time are constructed in the view of controlling the global interpolation error over the computation domain.