Contribution à la caractérisation des transferts thermiques dans les moteurs à allumage commandé PDF Download
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Author: Eric Ollivier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
Book Description
Le cliquetis est un frein au développement de moteurs de nouvelle génération munis d'une faible cylindrée et suralimentés. Il est aussi un obstacle à l'utilisation du gaz naturel comme alternative au pétrole dans les applications stationnaires dédiées à la production d’électricité ou à la production combinée chaleur-force. Ce phénomène provient de l’auto-inflammation de la charge fraîche dans la chambre de combustion. Il s'accompagne d'un fort accroissement des pertes pariétales pendant le cycle et peut à terme conduire à la destruction du moteur. Ce travail propose d’établir une méthode de détection non intrusive d’un cliquetis durable. Elle repose sur la mesure de deux températures influencées par les effets du cliquetis sur le bilan énergétique du moteur. La première est la température des gaz d’échappement. Sa chute significative a été évaluée par un modèle thermodynamique prédictif dans lequel l'influence du cliquetis sur le déroulement de la combustion et les transferts thermiques gaz paroi ont été pris en compte. La seconde est une température de paroi dont l'accroissement a été calculé par un modèle de conduction thermique dans les parois de la chambre. L’étude de leur évolution conjuguée a permis d’établir une méthode non intrusive de détection du cliquetis. Le concept, validé sur banc, permet de distinguer les réglages moteurs cliquetant et d'évaluer l'intensité du phénomène. La métrologie utilisée à cet effet favorise sa mise en œuvre en milieu industriel.
Author: Eric Ollivier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
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Le cliquetis est un frein au développement de moteurs de nouvelle génération munis d'une faible cylindrée et suralimentés. Il est aussi un obstacle à l'utilisation du gaz naturel comme alternative au pétrole dans les applications stationnaires dédiées à la production d’électricité ou à la production combinée chaleur-force. Ce phénomène provient de l’auto-inflammation de la charge fraîche dans la chambre de combustion. Il s'accompagne d'un fort accroissement des pertes pariétales pendant le cycle et peut à terme conduire à la destruction du moteur. Ce travail propose d’établir une méthode de détection non intrusive d’un cliquetis durable. Elle repose sur la mesure de deux températures influencées par les effets du cliquetis sur le bilan énergétique du moteur. La première est la température des gaz d’échappement. Sa chute significative a été évaluée par un modèle thermodynamique prédictif dans lequel l'influence du cliquetis sur le déroulement de la combustion et les transferts thermiques gaz paroi ont été pris en compte. La seconde est une température de paroi dont l'accroissement a été calculé par un modèle de conduction thermique dans les parois de la chambre. L’étude de leur évolution conjuguée a permis d’établir une méthode non intrusive de détection du cliquetis. Le concept, validé sur banc, permet de distinguer les réglages moteurs cliquetant et d'évaluer l'intensité du phénomène. La métrologie utilisée à cet effet favorise sa mise en œuvre en milieu industriel.
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LA PROPAGATION D'UNE FLAMME PREMELANGEE TURBULENTE DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION FERMEE EST ETUDIEE PAR L'APPROCHE FONCTION DENSITE DE PROBABILITE (PDF) DES VARIABLES FRACTION ET ENTHALPIE MASSIQUES. L'ALLUMAGE ET L'INTERACTION FLAMME-PAROI PEUVENT AINSI ETRE REPRESENTES EGALEMENT. LA RESOLUTION DE L'EQUATION POUR LA PDF JOINTE EST EFFECTUEE PAR UNE METHODE MONTE CARLO LAGRANGIENNE COUPLEE A UN CODE DE CALCUL EULERIEN. DEUX MODELES DE DIFFUSION TURBULENTE SONT PRESENTES ET ETUDIES : LE PREMIER SUPPOSE CLASSIQUEMENT UNE DIFFUSION DE TYPE GRADIENT ALORS QUE LE SECOND REPOSE SUR LA DISPERSION TURBULENTE LAGRANGIENNE DE PARTICULES. UNE ADAPTATION DE CE DERNIER, NECESSAIRE POUR LES ECOULEMENTS REACTIFS EST PROPOSEE. UN NOUVEAU MODELE DE MELANGE TENANT COMPTE DE LA PRESENCE EVENTUELLE DE FLAMMELETTES EST EGALEMENT PROPOSE. LE TEMPS CARACTERISTIQUE DE MELANGE EST CALCULE A PARTIR DE LA DISSIPATION SCALAIRE DONT L'EQUATION DE TRANSPORT ETABLIE DANS LE CADRE DE FLAMMELETTES EST GENERALISEE POUR DES FLAMMES PLUS EPAISSES. TROIS PROCESSUS DE TRANSFERTS THERMIQUES SONT PROPOSES AFIN DE DETERMINER LES FLUX DE CHALEUR PARIETAUX. LES DIVERS PROCESSUS STOCHASTIQUES SONT ETUDIES TOUT D'ABORD DANS UN CAS SIMPLE MONODIMENSIONNEL. DES CALCULS SONT MENES ENSUITE DANS UNE CONFIGURATION REELLE BIDIMENSIONNELLE. UNE DERNIERE ETUDE DEMONTRE LA FAISABILITE DE L'APPROCHE PDF DANS LES MOTEURS (A ALLUMAGE COMMANDE).
Author: Simon Le guen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Du fait du durcissement des normes en matière d'émissions polluantes et de gaz à effet de serre, les constructeurs automobiles développent des groupes motopropulseurs toujours plus sophistiqués et mettent au point des stratégies de contrôle moteur avancées. Dans ce contexte, les outils de simulation interviennent à toutes les étapes du processus de développement d'un moteur. Il est donc nécessaire de posséder des modèles à la fois fiables et simples d'utilisation. Les transferts thermiques entre les gaz et les parois de la chambre de combustion influencent des postes clés tels que la consommation et les émissions polluantes. Néanmoins ceux-ci sont difficiles à modéliser du fait de la complexité associée à leur caractérisation expérimentale. Au cours du travail de thèse, une instrumentation spécifique permettant de mesurer directement le flux de chaleur aux parois des chambres de combustion des moteurs à piston a été développée. Les mesures spécifiques réalisées dans différentes conditions de fonctionnement sont combinées à des mesures standards afin de d'étudier les phénomènes gouvernant le transfert de chaleur. Ces résultats sont utilisés pour comparer les principaux modèles zéro-dimensionnels provenant de la littérature et les différentes méthodes de calibration disponibles. Leur précision ainsi que leur prédictivité sont évaluées et des modifications sont proposées.
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L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE DETERMINER L'INFLUENCE DE L'AERODYNAMIQUE SUR LES PERTES THERMIQUES D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE MULTISOUPAPES ET DE RELIER CES RESULTATS AVEC LE BILAN ENERGETIQUE DU MOTEUR. POUR CELA, NOUS AVONS MESURE LES TRANSFERTS THERMIQUES LOCAUX ET INSTANTANES DANS UN MOTEUR DE 1,6 LITRES EN SEPT EMPLACEMENTS DE LA CULASSE ET DU CARTER. DEUX CULASSES DIFFERENTES ONT ETE INSTRUMENTEES DE LA SORTE, ELLES NOUS ONT PERMIS DE GENERER PLUSIEURS MOUVEMENTS AERODYNAMIQUES DISTINCTS (UNE CONFIGURATION DE BASE SANS MOUVEMENT AERODYNAMIQUE STRUCTURE, UN MOUVEMENT DE SWIRL ET DEUX NIVEAUX DE TUMBLE). DE PLUS, UNE ACQUISITION DE PRESSION INSTANTANEE A ETE REALISEE DANS LA MEME CHAMBRE DE COMBUSTION OU NOUS AVONS EFFECTUE NOS MESURES DE TRANSFERTS THERMIQUES. POUR TOUTES CES CONFIGURATIONS AERODYNAMIQUES, NOS MESURES ONT PORTE SUR UN LARGE EVENTAIL DE POINTS DE FONCTIONNEMENT (PLUSIEURS DEPRESSIONS COLLECTEUR ET RICHESSES AINSI QUE DEUX VITESSES DE ROTATION MOTEUR DIFFERENTES). LES TRANSFERTS THERMIQUES LOCAUX MESURES AVEC COMBUSTION MONTRENT CLAIREMENT QUE LA DISPERSION SPATIALE CYCLE PAR CYCLE EST DIRECTEMENT LIE A LA PROPAGATION DE LA FLAMME. PAR AILLEURS, LES PERTES THERMIQUES CROISSENT AVEC LES MOUVEMENTS AERODYNAMIQUES DE SWIRL ET DE TUMBLE. NOUS AVONS ETABLI LA CLASSIFICATION SUIVANTE: HT B A S E
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LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL PRESENTE UN NOUVEAU MODELE PERMETTANT DE DECRIRE LA PROPAGATION DE FLAMMES TURBULENTES PREMELANGEES. L'APPROCHE RETENUE CONSISTE A CALCULER LE TAUX DE DISSIPATION DES FLUCTUATIONS D'UN SCALAIRE (CONCENTRATION, TEMPERATURE) PAR UNE EQUATION DE TRANSPORT. ON MONTRE QUE LES EFFETS D'ETIREMENT A PETITE ECHELLE ET DE COURBURE LOCALE DU CHAMP DE CONCENTRATION SONT DES PHENOMENES PREDOMINANTS. DANS LE REGIME DES FLAMMELETTES, LE MODELE PERMET D'ABOUTIR A UNE EQUATION DE TRANSPORT POUR LA DENSITE DE SURFACE DE FLAMME ET A UNE NOUVELLE FORMULATION DU MODELE EDDY BREAK-UP. UNE REVISION DE LA MODELISATION DU FLUX DE DIFFUSION TURBULENTE POUR LE SCALAIRE A EGALEMENT ETE PROPOSEE. LA DONNEE D'UNE FONCTION DENSITE DE PROBABILITE (PDF) AU MOMENT DE L'ALLUMAGE NOUS A PERMIS DE REPRESENTER DE MANIERE SATISFAISANTE L'INITIATION DE LA COMBUSTION. LES COMPARAISONS AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX ISSUS DE CONFIGURATIONS DIFFERENTES ONT PERMIS DE VERIFIER LA REPONSE DU MODELE AUX CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE ET A LA COMPOSITION DU MELANGE. ON EN DEDUIT LES RENSEIGNEMENTS CONCERNANT L'EVOLUTION DU NOMBRE DE SCHMIDT AINSI QUE L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE DES FLUCTUATIONS DU SCALAIRE AU SEIN DE LA FLAMME. LA SECONDE PARTIE CONCERNE L'ALLUMAGE DANS LES MOTEURS A ESSENCE ET UNE APPLICATION DU MODELE A UN CAS CONCRET. L'INITIATION PROVOQUEE PAR UNE BOUGIE CONVENTIONNELLE SOUMISE A UN CHAMP AERODYNAMIQUE DONNE A ETE SIMULEE NUMERIQUEMENT. CES CALCULS AINSI QUE DES MESURES EXPERIMENTALES ONT MONTRE DES POSITIONS OPTIMALES DE LA BOUGIE PAR RAPPORT A L'ECOULEMENT PERMETTANT UN MEILLEUR DEBUT DE COMBUSTION EN MELANGE PAUVRE
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L'augmentation continue des charges de fonctionnement des moteurs à allumage commandé a conduit à l'apparition d'une nouvelle forme de combustion anormale à bas régime sous la forme d'un pré allumage. Dans des conditions de pression et de température extrêmes, une auto-inflammation incontrôlée du mélange carburé peut en effet se produire avant l'allumage normal à la bougie et conduire à une seconde auto-inflammation de type cliquetis donnant naissance à des oscillations de pression inacceptables même pour les moteurs les plus robustes. Cette anomalie constitue donc une véritable limite au downsizing des moteurs et à l'augmentation de leurs performances spécifiques. Cette dernière forme de combustion anormale est bien plus critique que le cliquetis car son apparition est aléatoire, le plus souvent sporadique et généralement très violente. Ces caractéristiques fondamentales expliquent que de nouveaux outils et de nouvelles méthodologies d'analyse aient dû être développés pour mieux caractériser le processus d'auto-inflammation dans ces conditions extrêmes. Des méthodes statistiques avancées ont notamment été mises au point pour quantifier de manière fiable la fréquence d'apparition du pré allumage malgré son caractère aléatoire. En parallèle, un travail expérimental important a été réalisé pour mettre au point une méthodologie de réalisation de visualisations endoscopiques permettant de mieux analyser le processus de combustion, et d'identifier de manière plus précise les zones préférentielles d'apparition du pré allumage dans la chambre de combustion. Les impacts des paramètres fondamentaux régissant l'auto-inflammation (aérodynamique interne, thermique et chimie du mélange) ont d'abord été analysés sur un monocylindre de recherche. Le processus de combustion a ainsi été détaillé et l'hypothèse d'une auto-inflammation spontanée en phase gazeuse a également pu être abordée en parallèle de l'analyse expérimentale par une approche numérique RANS. Une étude plus approfondie a ensuite montré qu'il était possible qu'un pré allumage conduise à une auto-inflammation de type détonation, ce qui explique qu'un nombre réduit d'occurrences suffise à détériorer irrémédiablement le moteur. La versatilité du monocylindre a également permis de mettre en évidence la diversité des phénomènes qui pouvaient conduire au pré allumage et d'autres hypothèses que celle d'une auto-inflammation spontanée en phase gazeuse ont ainsi pu être formulées. Celles-ci ont finalement été testées sur un multicylindre en appliquant des méthodologies d'essais et d'analyse éprouvées sur monocylindre. Les investigations tournées vers l'impact des réglages moteur ont alors notamment confirmé que les impacts du carburant sur les parois de la chambre de combustion conduisaient à la formation de films liquides dont les caractéristiques locales pouvaient être favorables à une auto-inflammation.
Author: Pierre Brequigny Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans un contexte de diminution des émissions polluantes émises par les moteurs à combustion interne, le secteur des transports assiste à une amélioration des motorisations mais également à une diversification des carburants pour l'automobile. L'utilisation de ces différents carburants entraîne souvent un impact sur les performances de la combustion. Dans le cas du moteur à allumage commandé, la performance dépend du dégagement d'énergie, image de la vitesse de la combustion, soit du front de flamme consommant le mélange air-carburant. Or toute flamme en expansion est théoriquement soumise à des effets de courbure et de cisaillement, toutes deux contributions de l'étirement. La réponse à l'étirement étant propre à chaque type de mélange air-carburant (lié au carburant proprement dit, à la richesse du mélange, à la dilution ...), ce travail de thèse est centré sur la compréhension de l'impact de l'étirement sur les performances des carburants dans les moteurs à allumage commandé. Pour cela, différents mélanges air-carburant similaires du point de vue des propriétés thermodynamiques et des vitesses fondamentales de combustion laminaire mais avec des sensibilités à l'étirement différentes ont été sélectionnés. Ces mélanges ont ensuite été étudiés dans différentes configurations expérimentales et à l'aide de différentes techniques de mesure: moteur monocylindre opaque et à accès optiques, chambre sphérique de combustion turbulente. Les résultats montrent que les propriétés de sensibilités à l'étirement déterminées en régime laminaire comme la longueur de Markstein et le nombre de Lewis sont indicatrices du comportement des mélanges en combustion turbulente, comme dans la chambre de combustion caractéristique des moteurs à allumage commandé, et sont des paramètres à prendre en considération afin de prédire les performances plus globales de ces carburants que ce soit expérimentalement qu'en simulation.
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LE DEMARRAGE D'UN MOTEUR AUTOMOBILE S'ACCOMPAGNE GENERALEMENT D'UNE SURCONSOMMATION ET D'UNE FORTE POLLUTION. L'AMELIORATION DES PERFORMANCES DES MOTEURS REQUIERT AUJOURD'HUI L'ETUDE DES TRANSITOIRES THERMIQUES. EN EFFET, LA PLUPART DES TRAJETS S'EFFECTUENT ALORS QUE LE MOTEUR N'A PAS ENCORE ATTEINT SON EQUILIBRE THERMIQUE. PENDANT CETTE PERIODE, LES PHENOMENES D'ECHANGE DE CHALEUR SONT COMPLEXES ET DIFFICILEMENT QUANTIFIABLES. PAR VOIE EXPERIMENTALE, CE TRAVAIL DECRIT L'EVOLUTION ET RELIE LES GRANDEURS THERMIQUES, DE POLLUTION ET DE CONSOMMATION. ON QUANTIFIE LES PERTES EXTERNES DU MOTEUR (PAR CONVECTION ET RAYONNEMENT) EN REGIME TRANSITOIRE THERMIQUE. UN BILAN ENERGETIQUE GLOBAL EST DES LORS ETABLI. ON PEUT AINSI REPRESENTER L'EVOLUTION DANS LE TEMPS DE LA PUISSANCE ABSORBEE PAR LE MOTEUR POUR L'OBTENTION DU REGIME THERMIQUE STABILISE. UN MODELE NUMERIQUE COMPLETE CE TRAVAIL. IL SIMULE LA MONTEE EN TEMPERATURE DE L'EAU, DE L'HUILE ET DES MASSES METALLIQUES DU MOTEUR. LA METHODE UTILISEE EST L'ANALYSE NODALE. CE MODELE GLOBAL PERMET NOTAMMENT D'EVALUER L'INFLUENCE DE CERTAINS PARAMETRES QUE L'ON NE FAIT PAS VARIER EXPERIMENTALEMENT (TEMPERATURE EXTERIEURE, VOLUME D'EAU, D'HUILE, MASSE METALLIQUE, DECOUPLAGE DE LA POMPE A EAU) SUR LA MONTEE EN TEMPERATURE
Author: Eric Ollivier
Author: Eric Ollivier
Author: Fabienne Galzin
Author: Simon Le guen
Author: Groupement scientifique moteurs. Colloque
Author: JEAN-LUC.. SAULNIER
Author: Thierry Mantel
Author: Jean-Marc Zaccardi
Author: Kamal Karout
Author: Pierre Brequigny
Author: CRISTINA.. VALEAN