• semi-industrial furnace
• suction pyrometer
• laser technique
• CFD
• MILD combustion

During the last few years, Moderate or Intense Low-oxygen Combustion (MILD) has acquired great success in many industrial applications. MILD is a new type of combustion regime characterized by high combustion efficiencies and low pollutant emissions, by means of a preheating of the reactants above their self-ignition temperature and a high degree of flue gas recirculation. The reaction zone is widely distributed without any evidence of the flame and so of the temperature peaks. Flameless combustion is the result of a strong interaction between kinetics and fluid dynamics. Because of that, Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques are required in order to accurately describe the thermal and fluid-dynamic fields in any combustion systems. However, it is worth considering the importance of experimental measurements in order to fully understand what happens inside these systems. Indeed, intrusive and non-intrusive measurements of some variables, i.e temperature, along with CFD analysis can be significant to have a complete view of the performances of a specific combustion device. The aim of this thesis is to analyse both experimentally and numerically the performances of a semi-industrial furnace at Université Libre de Bruxelles (ULB). The work is focused on examining the intrusiveness of a suction pyrometer, and afterwards, the non-intrusiveness of a laser device, which works with the Rayleigh scattering technique. Both the devices are used to measure the thermal fields inside the chamber. Firstly, the results will show the comparison between the experimental and numerical approaches using the suction pyrometer, in which the latter is carried out using a CFD software. Then, the difference between non-intrusive and intrusive measurements will be highlighted. In the end, the combustion system will be settled up with the best device to measure temperature fields in terms of economic expense and accuracy.
Negli ultimi anni, la combustione MILD ha ottenuto grande successo in molte applicazioni industriali. E' un nuovo regime di combustione caratterizzato da elevate efficienze di combustione e basse emissioni inquinanti, mediante un preriscaldamento dei reagenti al di sopra della loro temperatura di autoaccensione e un alto grado di ricircolo dei fumi di scarico. La zona di reazione è largamente distribuita senza alcuna evidenza della fiamma e quindi dei picchi di temperatura. La combustione senza fiamma è il risultato di una forte interazione tra cinetica e dinamica del fluido di interesse. Per questo motivo, sono richieste tecniche CFD per descrivere i campi termici e fluidodinamici. Tuttavia, è importante considerare l'importanza delle misure sperimentali per comprendere appieno ciò che accade. Infatti, le misure sperimentali intrusive e non intrusive di alcune variabili, ad esempio la temperatura, insieme all'analisi CFD possono essere significative per avere una visione completa delle prestazioni di un dispositivo di combustione specifico. L'obiettivo di questa tesi è analizzare sia sperimentalmente che numericamente le prestazioni di un forno semi-industriale all'Université Libre de Bruxelles (ULB). Il lavoro si concentra sull'analisi dell'intrusività di un suction pyrometer e successivamente della non-intrusività di un dispositivo a laser che utilizza la tecnica di scattering di Rayleigh. Entrambi i dispositivi sono utilizzati per misurare i campi termici all'interno della fornace. I risultati mostreranno il confronto tra l'approccio sperimentale e numerico con e senza il suction pyrometer, evidenziando la differenza tra le misure intrusive e non.