Contribution à la modélisation de la combustion turbulente inhomogène dans les moteurs IDE à charge stratifiée PDF Download

Author: Arnaud Mura
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Languages : fr
Pages : 212

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Author: Santanu De
Publisher: Springer
ISBN: 9811074100
Category : Science
Languages : en
Pages : 663

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This book presents a comprehensive review of state-of-the-art models for turbulent combustion, with special emphasis on the theory, development and applications of combustion models in practical combustion systems. It simplifies the complex multi-scale and nonlinear interaction between chemistry and turbulence to allow a broader audience to understand the modeling and numerical simulations of turbulent combustion, which remains at the forefront of research due to its industrial relevance. Further, the book provides a holistic view by covering a diverse range of basic and advanced topics—from the fundamentals of turbulence–chemistry interactions, role of high-performance computing in combustion simulations, and optimization and reduction techniques for chemical kinetics, to state-of-the-art modeling strategies for turbulent premixed and nonpremixed combustion and their applications in engineering contexts.

Author: Tarek Echekki
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9400704127
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 496

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Turbulent combustion sits at the interface of two important nonlinear, multiscale phenomena: chemistry and turbulence. Its study is extremely timely in view of the need to develop new combustion technologies in order to address challenges associated with climate change, energy source uncertainty, and air pollution. Despite the fact that modeling of turbulent combustion is a subject that has been researched for a number of years, its complexity implies that key issues are still eluding, and a theoretical description that is accurate enough to make turbulent combustion models rigorous and quantitative for industrial use is still lacking. In this book, prominent experts review most of the available approaches in modeling turbulent combustion, with particular focus on the exploding increase in computational resources that has allowed the simulation of increasingly detailed phenomena. The relevant algorithms are presented, the theoretical methods are explained, and various application examples are given. The book is intended for a relatively broad audience, including seasoned researchers and graduate students in engineering, applied mathematics and computational science, engine designers and computational fluid dynamics (CFD) practitioners, scientists at funding agencies, and anyone wishing to understand the state-of-the-art and the future directions of this scientifically challenging and practically important field.

Author: Romain Lauvergne
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Languages : fr
Pages : 204

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La combustion dans les moteurs à Injection Directe d'Essence présente des particularités fortes : pressions et températures élevées, richesse du mélange air/carburant variable. La simulation numérique directe de flammes laminaires de prémélange est utilisée pour caractériser localement la combustion dans ces conditions. Un code de simulation numérique monodimensionnelle, basé sur une cinétique chimique et des coefficients de transport complexes est alors adapté au problème posé. Dans un premier temps, une base de donnée de vitesses de propagation de flamme dans un mélange air/isooctane est élaborée, couvrant un vaste domaine de conditions de pression, température, richesse et dilution. Dans une seconde phase, la réponse instationnaire du taux de consommation de la flamme est étudiée, imposant devant le front de flamme une variation sinusoïdale de richesse. Il apparait que la réponse de la flamme peut être reliée à sa réponse stationnaire si l'on identifie un paramètre de contrôle instantané pertinent : dans le cas de la réponse en terme de taux de réaction du carburant, on montre que ce paramètre de contrôle est la fraction de mélange déterminée dans la zone de fort taux de réaction du carburant. Dans le cas instationnaire, cette fraction de mélange peut être différente de la fraction de mélange connue dans les gaz frais. Cette différence est modélisée, permettant alors de connaitre la réponse instantanée de la flamme uniquement à partir de l'information disponible dans les gaz frais. Les informations issues de ces calculs fondamentaux sont alors introduites dans un second code de calcul, dédié à la combustion dans les moteurs (formalisme RANS : Reynolds Averaged Navier Stokes), à travers un modèle de combustion turbulente de type flammelette. Un calcul applicatif moteur conclut ce travail, analysant les apports potentiels des modifications introduites dans le modèle de combustion.

Author: Bruno Dillies
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Languages : fr
Pages : 245

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Depuis quelques années, des nouvelles méthodes sont apparues pour la mise au point et l'optimisation des chambres de combustion des moteurs d'automobile. Pour compléter les essais au banc moteur de nouvelles motorisations, la simulation numérique des écoulements est ainsi un outil de plus en plus utilise dans le milieu industriel. La thèse porte sur le développement et la validation par l'expérience d'un modèle de calcul de la combustion dans les moteurs diesel. Apres un passage en revue des différentes approches possibles (chapitre 1) de la modélisation de la combustion turbulente, la formulation retenue est présentée. La modélisation adoptée est une formulation dérivée des travaux de Marble et Broadwell (1977) sur le modèle de flamme cohérente. Ce modèle permet de traiter le problème de la modélisation par trois étapes: la modélisation de l'écoulement turbulent (approche k-Ɛ, le calcul des effets cinétiques locaux dans le front de flamme et enfin le calcul du taux de réaction moyen (par l'équation d'évolution de la densité de surface de flamme). Les chapitres suivants sont consacrés d'une part à des aspects théoriques du modèle de flamme cohérente, d'autre part à une application du modèle à la combustion de jets diesel. Le chapitre 2 traite ainsi le cas d'une flamme turbulente de prémélange enflammée par des gaz brules à grande vitesse (flamme pilote de l'ONERA). Des évolutions du modèle ont été testées, en particulier sur la prise en compte de l'effet de l'étirement du front de flamme par l'écoulement moyen et la stabilisation de la flamme par les gaz brûlés. L'implantation de l'équation de densité de surface de flamme dans le code industriel KIVA2 GSM est abordée dans le chapitre 3, dans le cas de la propagation d'une flamme de prémélange dans une chambre de volume constant. Dans le chapitre 4, le modèle de flamme cohérente a trois équations appliqué à la combustion dans les moteurs diesel est décrit en détail, avec en particulier le couplage au modèle de jet diphasique. Le modèle est testé dans le cas de l'inflammation et de la combustion d'un jet de combustible dans une chambre de volume constant. Dans le dernier chapitre, le modèle est appliqué au calcul d'un moteur diesel à injection directe à accès optiques. Les résultats sont comparés avec ceux de la base de données comprenant des grandeurs globales (pression moyenne,) pour plusieurs points de fonctionnement et des grandeurs locales (pénétration du jet dans la chambre de combustion). En dernier lieu, les perspectives de ce travail de recherche sont évoquées: évolutions du modèle de flamme cohérente (équation de densité de surface de flamme, méthodes LES), modélisation et validation plus détaillée des phénomènes d'injection diphasique

Author: François-Xavier Demoulin
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Languages : fr
Pages : 186

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LE SUJET DE CETTE THESE EST LA MODELISATION DE LA COMBUSTION TURBULENTE EN MILIEU DIPHASIQUE TELLE QU'ELLE A LIEU PAR EXEMPLE DANS LES MOTEURS DIESEL. CERTAINES EXPERIENCES NOTAMMENT CELLES PRESENTEES DANS CETTE THESE SUGGERENT QUE QUAND LE COMBUSTIBLE NECESSAIRE A LA COMBUSTION EST SOUS FORME D'UN NUAGE DE GOUTTES, LES FLUCTUATIONS EN PARTICULIER DE RICHESSE DANS LE MILIEU GAZEUX SONT PLUS FORTES. CELA DOIT ETRE PRIS EN COMPTE DANS LA MODELISATION ET POURRAIT ETRE DU A LA PRESENCE DES GOUTTES. CELLES-CI EN S'EVAPORANT, JOUENT LE ROLE DE SOURCES DE COMBUSTIBLE PONCTUELLES, ALEATOIREMENT REPARTIES DANS L'ESPACE, CE QUI CREE PLUS DE FLUCTUATIONS A L'ECHELLE DE L'ESPACE INTERGOUTTE. CES FLUCTUATIONS SUPPLEMENTAIRES SONT PRISES EN COMPTE ICI PAR UN GROUPE DE TERMES LIE A L'EVAPORATION, DANS L'EQUATION DE LA VARIANCE DE LA VARIABLE DE MELANGE, QUI SONT FERMES EN CONSIDERANT LES EQUATIONS LOCALES D'UN MILIEU DIPHASIQUE. L'IMPORTANCE D'UNE NOUVELLE VARIABLE DECRIVANT L'ETAT DU MELANGE A LA SURFACE DES GOUTTES AU MOMENT DE L'EVAPORATION D'UNE PARTICULE FLUIDE A ETE MONTREE. UNE EQUATION FERMEE A ETE ECRITE POUR CETTE VARIABLE. CES DEUX NOUVELLES CARACTERISTIQUES PERMETTENT DE MIEUX DECRIRE L'ETAT DU MELANGE. POUR REPRESENTER LA COMBUSTION NOUS AVONS D'ABORD UTILISE UN MODELE QUI SUPPOSE QUE LA CHIMIE EST INFINIMENT RAPIDE. L'ETAT DU MILIEU THERMOCHIMIQUE EST ALORS COMPLETEMENT DEPENDANT DE L'EVAPORATION ET DU MELANGE SANS INFLUENCE DE LA CINETIQUE CHIMIQUE. LE MODELE MIL DE GONZALEZ ET BORGHI EST ENSUITE UTILISE POUR PRENDRE EN COMPTE CERTAINS EFFETS CHIMIQUES. IL SUPPOSE QUE LA CHIMIE EST INFINIMENT BRUSQUE, C'EST-A-DIRE A TEMPERATURE D'ACTIVATION TRES ELEVEE. CES DEUX MODELES ONT ETE TESTES POUR DEUX CONFIGURATIONS EXPERIMENTALES, UNE FLAMME DE TYPE JET ET UNE BOMBE SIMULANT LA COMBUSTION DANS LES MOTEURS DIESEL. LES TAUX DE FLUCTUATION TROUVES LORS DE CES SIMULATIONS SONT ASSEZ ELEVES ET METTENT EN AVANT LA NECESSITE DE BIEN ESTIMER LA DISSIPATION DES FLUCTUATIONS SCALAIRES. LES RESULTATS TROUVES EN UTILISANT CES MODELES SONT COMPARABLES A CEUX MESURES, NOTAMMENT DANS LE CAS DE LA BOMBE DE TYPE DIESEL, LE MODELE MIL PERMET DE RETROUVER UN TEMPS D'AUTO-ALLUMAGE ET UNE LONGUEUR DE LA FLAMME REALISTE.

Author: François-Xavier Demoulin (chercheur en physique, énergétique).)
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Languages : fr
Pages : 0

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Le sujet de cette thèse est la modélisation de la combustion turbulente en milieu diphasique telle qu'elle a lieu par exemple dans les moteurs Diesel. Certaines expériences notamment celles présentées dans cette thèse suggèrent que quand le combustible nécessaire à la combustion est sous forme d'un nuage de gouttes, les fluctuations en particulier de richesse dans le milieu gazeux sont plus fortes. Cela doit être pris en compte dans la modélisation et pourrait être dû à la présence des gouttes. Celles-ci en s'évaporant, jouent le rôle de sources de combustible ponctuelles, aléatoirement réparties dans l'espace, ce qui crée plus de fluctuations à l'échelle de l'espace intergoutte. Ces fluctuations supplémentaires sont prises en compte ici par un groupe de termes lié à l'évaporation, dans l'équation de la variance de la variable de mélange, qui sont fermés en considérant les équations locales d'un milieu diphasique. L'importance d'une nouvelle variable décrivant l'état du mélange à la surface des gouttes au moment de l'évaporation d'une particule fluide a été montrée. Une équation fermée a été écrite pour cette variable. Ces deux nouvelles caractéristiques permettent de mieux décrire l'état du mélange. Pour représenter la combustion nous avons d'abord utilisé un modèle qui suppose que la chimie est infiniment rapide. L'état du milieu thermochimique est alors complètement dépendant de l'évaporation et du mélange sans influence de la cinétique chimique. Le modèle MIL de Gonzalez et Borghi est ensuite utilisé pour prendre en compte certains effets chimiques. Il suppose que la chimie est infiniment brusque, c'est-à-dire à température d'activation très élevée. Ces deux modèles ont été testés pour deux configurations expérimentales, une flamme de type jet et une bombe simulant la combustion dans les moteurs Diesel. Les taux de fluctuation trouvés lors de ces simulations sont assez élevés et mettent en avant la nécessité de bien estimer la dissipation des fluctuations scalaires. Les résultats trouvées en utilisant ces modèles sont comparables à ceux mesurés, notamment dans le cas de la bombe de type Diesel, le modèle MIL permet de retrouver un temps d'auto-allumage et une longueur de la flamme réaliste.

Author: PASCALE.. GILBANK
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Languages : fr
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DANS DES CONFIGURATIONS INDUSTRIELLES, COMME PAR EXEMPLE LES FOYERS DE RECHAUFFE DES MOTEURS D'AVIONS, DIFFERENTS REGIMES DE COMBUSTION TURBULENTE PEUVENT COEXISTER EN DIFFERENTS ENDROITS DU FOYER ET EN DIFFERENTS INSTANTS. DANS CES ECOULEMENTS, LES CINETIQUES CHIMIQUES SONT COMPLEXES ET IL PEUT ETRE IMPORTANT DE PREDIRE L'EVOLUTION DES ESPECES MISES EN JEU; AUSSI BIEN DES ESPECES INTERMEDIAIRES QUI CONDITIONNENT LA VITESSE DE REACTION GLOBALE, QUE LA PRODUCTION DES ESPECES POLLUANTES. CETTE ETUDE PROPOSE UNE NOUVELLE METHODE DE PREDICTION DES ECOULEMENTS REACTIFS TURBULENTS, CAPABLE DE DECRIRE DIFFERENTS REGIMES DE COMBUSTION ET DE S'ADAPTER A DES SCHEMAS REACTIONNELS REALISTES. LA PARTICULARITE DE CETTE METHODE, APPELEE MODELE PEUL, EST D'UTILISER DES EQUATIONS DE BILAN EULERIENNES POUR DECRIRE LES VARIABLES EVOLUTIVES DE L'ECOULEMENT; LE TAUX DE REACTION DES EQUATIONS EULERIENNES RELATIVES AUX ESPECES CHIMIQUES EST DETERMINE PAR DES EQUATIONS LAGRANGIENNES. AINSI, CE MODELE PERMET DE PREDIRE NUMERIQUEMENT DES ECOULEMENTS TURBULENTS MULTIREACTIFS: LE MODELE PEUL A ETE APPLIQUE A UNE FLAMME TURBULENTE DE PREMELANGE SE DEVELOPPANT DANS UN CANAL BIDIMENSIONNEL DE SECTION CONSTANTE ET DANS UN CANAL POSSEDANT UNE MARCHE DERRIERE LAQUELLE S'ETABLIT UNE RECIRCULATION. LES RESULTATS DU CALCUL AVEC LE MODELE PEUL SONT COMPARES A DES RESULTATS EXPERIMENTAUX

Author: CHARLES.. LECA
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Languages : fr
Pages : 296

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NOTRE TRAVAIL A EU POUR OBJET LA MODELISATION DES TENSIONS DE REYNOLDS A UN POINT. NOUS AVONS POUR OBJECTIF UNE AMELIORATION DE LA PREDICTION DES ECOULEMENTS TURBULENTS DE TYPE INDUSTRIEL, EN PARTICULIER LES ECOULEMENTS DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTION DES MOTEURS A PISTON. NOUS AVONS REALISE DEUX MODELES DE TURBULENCES. LE PREMIER EST UN MODELE K-EPSILON ANISOTROPE, LA METHODE DEVELOPPEE EST NOUVELLE, BASEE SUR DES RESULTATS MATHEMATIQUES DE PORTEE GENERALE SPECIALEMENT MISE EN UVRE POUR CE TRAVAIL. LE SECOND MODELE REQUIERT LE TRANSPORT DE TROIS GRANDEURS SCALAIRES: L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, LA DISSIPATION TURBULENTE ET LE CISAILLEMENT TURBULENT TOTAL. CETTE DERNIERE GRANDEUR CONFERE AU MODELE SON ORIGINALITE DANS LA MESURE OU C'EST LA PREMIERE FOIS QU'ELLE EST MISE EN UVRE DANS UN MODELE DE TURBULENCE. LA DIFFICULTE DE FERMETURE DE L'EQUATION DE TRANSPORT DU CISAILLEMENT TURBULENT TOTAL RESIDE DANS LE TERME DE PRODUCTION DE CETTE GRANDEUR. LA VALIDATION DE CES MODELES A ETE REALISEE SUR PLUSIEURS ECOULEMENTS BIDIMENSIONNELS ET TRIDIMENSIONNELS. LES RESULTATS OBTENUS SONT ENCOURAGEANTS ET MONTRENT UN BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE

Author: Fabien Defransure
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Languages : fr
Pages : 2

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rge stratifiée par injection directe d'essence. Le moteur peut fonctionner avec un mélange globalement pauvre et la combustion se développe dans un milieu de richesse variable. Pour répondre aux besoins de compréhension physique du développement de la combustion dans de tels milieux, une Action de Recherche Concertée (ARC) " combustion en charge stratifiée " a été créée et regroupe des actions expérimentales et numériques. Cette thèse est consacrée à la modélisation de la combustion dans les milieux de richesse variable. Elle est basée sur la simulation aux grandes échelles. Le modèle de combustion choisi est le modèle de flamme épaissie implanté dans le code AVBP. Il a d'abord été testé sur un cas académique de flamme rencontrant une hétérogénéité de richesse.Devant sa relative défaillance à reproduire l'effet de l'hétérogénéité sur la propagation de la flamme, des évolutions ont été proposées. Elles permettent de mieux la décrire et fournissent une description plus physique de la composition des gaz brûlés. Les simulations des expériences de l'ARC montrent la capacité du modèle à reproduire des phénomènes propres aux flammes stratifiées comme la poursuite de la réaction alors que la richesse rencontrée est sous la limite d'inflammabilité pauvre. La simulation de la configuration en " bombe " montre aussi la prise en compte naturelle par le modèle des effets de pression sur la vitesse de flamme. Ce modèle semble donc un bon candidat à la description de la combustion dans les moteurs, qu'ils fonctionnent ou non en charge stratifiée.