ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION NUMERIQUE DE LA FONCTION REFROIDISSEMENT D'UN MOTEUR DIESEL PDF Download
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ETUDE DES ECHANGES THERMIQUES DANS UN MOTEUR DIESEL. OPTIMISATION DE LA HAUTEUR DE MOUILLAGE, DES CHEMISES. ETUDE EXPERIMENTALE. ETUDE DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE CALOPORTEUR DANS UN BLOC MOTEUR
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ETUDE DES ECHANGES THERMIQUES DANS UN MOTEUR DIESEL. OPTIMISATION DE LA HAUTEUR DE MOUILLAGE, DES CHEMISES. ETUDE EXPERIMENTALE. ETUDE DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE CALOPORTEUR DANS UN BLOC MOTEUR
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UNE ETUDE EXPERIMENTALE A ETE EFFECTUEE POUR DETERMINER L'INFLUENCE DES PARAMETRES DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT SUR LA CONSOMMATION EN CARBURANT. CES PARAMETRES SONT LA TEMPERATURE ET LE DEBIT D'EAU AINSI QUE LA TEMPERATURE D'HUILE DU MOTEUR QUI S'EST AVEREE LIEE LINEAIREMENT A LA TEMPERATURE D'EAU. CETTE ETUDE MONTRE QUE LA CONSOMMATION EST MINIMALE POUR UNE TEMPERATURE D'HUILE MAXIMALE LIMITEE PAR LE CAHIER DES CHARGES DU MOTEUR. LE DEBIT D'EAU N'A PRATIQUEMENT PAS D'INFLUENCE SUR LA CONSOMMATION. UN MODELE DE LA CONSOMMATION FONCTION DE CES PARAMETRES A ETE DEDUIT DE CES RESULTATS A PARTIR D'UNE METHODE DE REGRESSION MULTIPLE ET A ETE INTRODUIT DANS UN PROGRAMME DE SIMULATION NUMERIQUE DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT. LE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT EST MODELISE D'UN POINT DE VUE HYDRAULIQUE ET THERMIQUE POUR UN PROFIL DE MISSION DU VEHICULE ETUDIE. LA SIMULATION PERMET DE DIMENSIONNER LES ELEMENTS DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT ET DE TESTER DIFFERENTES STRATEGIES DE FONCTIONNEMENT DU CIRCUIT EN MINIMISANT LA CONSOMMATION EN CARBURANT
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Un modèle phénoménologique multi-zone, intégrant les derniers sous-modèles physiques connus (aérodynamique, pulvérisation, combustion turbulente, production de suie, frottement piston-chemise...) est développé. II est validé expérimentalement sur la pression cylindre, l'énergie libérée et les transferts de chaleur aux parois, et utilisé pour calculer des grandeurs locales non mesurables sur moteur par exemple : la richesse, la température des gaz, la fraction brûlée, la fraction volumique de suie... La première partie concerne la mesure par PDA (Particle Dynamic Analyser) de la taille et de la vitesse des gouttes dans une chambre de combustion à volume constant à la température ambiante, pour différentes pressions des gaz et différents diamètres de l'orifice d'injecteur. La distribution spatio-temporelle des diamètres de gouttes nous a permis de proposer une nouvelle loi de la fraction volumique en fonction du diamètre normalisé précisant celle publiée par Hiroyasu, ainsi qu'un modèle simplifié décrivant la pulvérisation. Le modèle multi-zone proposé prend en compte le swirl, la turbulence, la pulvérisation, l'échauffement et l'évaporation des gouttes, la production des suies et les transferts thermiques convectif et radiatif. La vitesse tangentielle supposée parabolique est calculée à l'aide des équations de conservation de la masse et du moment cinétique angulaire. La turbulence supposée homogène est calculée à l'aide d'un modèle k-e. En complément de l'aérothermochimie de la combustion, l'energie génerée par frottement piston-chemise est déterminée pour chacun des segments et pour la jupe en considérant les modes de lubrification hydrodynamique et mixte. Contrairement aux travaux antérieurs limites aux phases de compression, combustion-detente, le modèle proposé décrit le cycle complet intégrant les échanges de masse avec l'extérieur. Enfin les mesures des pertes thermiques conduites sur un banc d'essai (mesures globales sur les circuits de refroidissement de la chemise, de la culasse et de l'huile de lubrification et mesures locales en plusieurs positions de la chemise et de la culasse) ont permis l'estimation de la contribution de chaque mode convection, rayonnement et frottement piston-chemise dans les pertes thermiques totales dans la chemise. A pleine charge le frottement piston-chemise représente environ 2% (7,3% à vide) de l'energie introduite soit 12% (27% a vide) des pertes totales calculées pour le piston et la chemise.
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La modélisation des moteurs à combustion interne nécessite une compréhension fine de la vidange et du remplissage en air ou en mélange des cylindres. Pour ce faire, une analyse bibliographique des différents phénomènes intervenant sur ces paramètres et des modèles apparentés est faite. Une revue des différents moyens d’essais de la littérature est également effectuée. Des essais en condition stationnaire sur une culasse issue d’un moteur produit en série sont ensuite effectués. L’analyse de ces résultats est faite au regard des trois principaux modèles de soupape : Barré de St-Venant, Benson et Blair. L’étude des hypothèses de ces trois modèles ayant montré leur équivalence en écoulement sortant d’une tubulure, l’accent est missur l’impact des différentes hypothèses sur les résultats expérimentaux. Les trois modèles prenant pour hypothèse un écoulement stationnaire au col de la soupape, des essais instationnaires sont ensuite effectués. Ces données sont ensuite comparées à des résultats de simulation issus des trois précédents modèles. Les différences entre les trois modèles en écoulement sortant d’un cylindre et rentrant dans une tubulure apparaissent et sont analysées. Enfin, l’hypothèse d’absence de transferts thermiques est remise en cause. Des essais à haute température sont pour cela effectués. Les conditions d’essais ne permettant pas quantifier correctement ces transferts thermiques, un modèle d’écoulement au travers des soupapes prenant en compte les transferts thermiquesest proposé. Son étude théorique permet d’évaluer l’impact de ces transferts sur la vidange et le remplissage du cylindre.
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LE REFROIDISSEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE PAR EBULLITION PEUT CONTRIBUER AUX EFFORTS ENGAGES PAR LES CONSTRUCTEURS AUTOMOBILES AFIN DE CONCEVOIR DES VEHICULES ECONOMES, MOINS POLLUANTS, PLUS FIABLES ET PLUS CONFORTABLES. APRES UNE REVUE DES CARACTERISTIQUES ET DES EVOLUTIONS DE LA FONCTION REFROIDISSEMENT CLASSIQUE, LES MECANISMES D'ECHANGES THERMIQUES PAR EBULLITION AINSI QUE LES CARACTERISTIQUES DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT PAR EBULLITION SONT DECRITS. L'ETUDE EST ENSUITE ORIENTEE SUR TROIS ASPECTS. LE PREMIER ASPECT CONCERNE LES MECANISMES D'ECHANGES THERMIQUES PAR EBULLITION DANS LA CHAMBRE D'EAU D'UN MOTEUR DIESEL DE 1870 CM#3. CETTE ETUDE EXPERIMENTALE SUR UN BANC MOTEUR A PERMIS DE SITUER LES PARAMETRES LES PLUS INFLUENTS SUR LES RISQUES D'APPARITION DE L'EBULLITION EN FILM (ASSECHEMENT DES PAROIS). UNE ATTENTION PARTICULIERE EST PORTEE SUR LA GEOMETRIE DE L'ECOULEMENT. LE DEUXIEME ASPECT DECOULE DE CELUI DECRIT CI-DESSUS ET CONCERNE LES MODIFICATIONS APPORTEES A LA GEOMETRIE DE L'ECOULEMENT AFIN DE REPOUSSER LES CONDITIONS D'APPARITION DE L'EBULLITION EN FILM. QUELQUES AVANTAGES DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT PAR EBULLITION SONT CONFIRMES. ENFIN, LE TROISIEME ASPECT CONCERNE L'ETUDE NUMERIQUE DU CYCLE EVAPORATION-CONDENSATION D'UN MODELE DE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT QUI A PERMIS DE SITUER LES CONDITIONS OPTIMALES PERMETTANT DE MINIMISER LA TAILLE DE L'ECHANGEUR PRINCIPAL
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Ce travail concerne l'étude du refroidissement par convection forcée externe de moteurs électriques de type fermé. Cette étude est dans un premier temps menée expérimentalement, en associant trois techniques d'investigation complémentaires, à savoir la visualisation de l'écoulement par tomographie laser, la vélocimétrie laser Doppler et la thermographie infrarouge. Les premiers résultats, obtenus sur un moteur déjà commercialisé, mettent en évidence les défauts de répartition des flux d'air autour du carter, ainsi que la présence de différentes zones chaudes à la surface du moteur. Ces résultats ont débouché sur l'élaboration d'une nouvelle configuration de carter, concrétisée par la conception de deux moteurs prototypes. Le diagnostic de ces deux nouveaux moteurs met en évidence une amélioration sensible de l'irrigation du carter, se traduisant par une diminution significative du niveau de température surfacique. Par ailleurs, les données issues de cette investigation expérimentale sont utilisées pour déterminer les coefficients d'échange convectif à la paroi du carter. Un dimensionnement des ailettes définissant la surface d'échange est alors possible. La procédure de dimensionnement proposée consiste à déterminer les valeurs optimales de la hauteur d'ailette et de l'épaisseur à la base, définies par le volume d'ailette minimal pour un flux de chaleur à évacuer donné. Les valeurs optimales avancées laissent entrevoir un gain appréciable sur la masse totale des ailettes. Parallèlement à cette étude expérimentale, un outil numérique a été développé dans le but de modéliser à terme le refroidissement par convection forcée entre les ailettes du carter. Pour cela, l'adaptation d'un code de calcul par éléments finis (Flux-Expert) à la modélisation des transferts thermique a été réalisée. L'étude est menée en bidimensionnel, pour un régime permanent et en couplant les phénomènes aérauliques et thermiques. L'écoulement est de plus supposé incompressible. Enfin la turbulence de l'écoulement est prise en compte par un modèle k-e. Les équations programmées sont validées pour plusieurs configurations tests d'écoulements, en régimes laminaire et turbulent.
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MODELISATION DE LA COMBUSTION, DES ECHANGES THERMIQUES ET DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS UN MOTEUR DIESEL A INJECTION DIRECTE. CAS DES TRANSFERTS PAR CONVECTION ET PAR RAYONNEMENT
Author: Anthony Dubreuil Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 213
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Les émissions de gaz d'échappement des moteurs à combustion interne sont soumises à des normes anti-pollution de plus en plus contraignantes. Le mode de combustion HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), appliqué au moteur thermique, peut être une solution pour diminuer les polluants, particulièrement les oxydes d'azote et les particules. L'objectif du travail de thèse est de contribuer expérimentalement à une meilleure compréhension du processus d'initiation et de développement de la combustion HCCI dans un moteur Diesel à accès optiques. La combustion homogène a été caractérisée expérimentalement en étudiant l'effet de la température d’admission, de la composition du carburant, d’une recirculation des gaz d’échappement (EGR) reconstituée et de la présence d’espèces minoritaires à l’admission (CO, NO, CH4). Les diagnostics optiques tels que la chimiluminescence et la fluorescence induite par laser nous ont permis de mettre en évidence l’effet de l’EGR sur l'évolution, au cours du cycle moteur, de certaines espèces chimiques (formaldéhyde, OH) pendant la phase d’oxydation du carburant. Un modèle numérique, issu du code de calcul SENKIN, a été développé pour permettre la simulation d'un moteur fonctionnant en HCCI. Ce modèle nous a permis de valider les prédictions données par les schémas cinétiques, mais aussi de corréler les apparitions des espèces chimiques au cours de la combustion. Certains phénomènes relevés expérimentalement ont pu être expliqués par l’analyse de certaines réactions cinétiques prépondérantes pendant le processus HCCI.
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La réduction à la source des émissions polluantes (principalement NOx et particules) est un objectif primordial lors de la conception et de l’optimisation des moteurs Diesel de propulsion automobile. Dans ce cadre, le travail présenté dans ce mémoire vise à mieux comprendre l’influence des caractéristiques thermodynamiques et de la composition des gaz d’admission (via la recirculation de gaz d’échappement) sur la combustion et les émissions d’un moteur Diesel.L’étude bibliographique fournit une synthèse des principales connaissances à ce jour sur le déroulement de la combustion Diesel à injection directe et sur la formation des émissions polluantes, et permet d’identifier des modèles de jet et de combustion. Une étude expérimentale locale menée sur un moteur Diesel mono cylindre à accès optique apporte certaines informations nouvelles sur le déroulement de la combustion à faible charge, en milieu dilué et non dilué, pour des combustions avec et sans pré injection, et permet de tester et d’adapter certains des modèles relatifs à la description du jet de carburant. Ces derniers sont alors utilisés pour développer un modèle de combustion phénoménologique multi zones original, basé sur la description de Dec et al., permettant notamment d’évaluer les évolutions des températures de flamme et de cœur de jet, de la longueur d’accroche de flamme et la richesse correspondante. Une large campagne expérimentale est ensuite menée sur un moteur 2 litres de série modifié, avec deux configurations de recirculation de gaz d’échappement (EGR) : haute pression (HP) et basse pression (BP), et dont les résultats sont analysés pour partie à l’aide du modèle de combustion. Les caractéristiques thermodynamiques et la composition des gaz d’admission sont modifiées de façon séparée afin d'isoler l'influence de ces différents paramètres sur les émissions et le déroulement de la combustion (dégagement de chaleur instantané), en particulier lors de l’utilisation de forts taux de recirculation de gaz d’échappement ; différents points de fonctionnement sont étudiés. Les évolutions des émissions de NOx et de particules sont le résultat de processus complexes et de phénomènes antagonistes ; dans la plupart des cas, des explications sont proposées. Finalement, des régimes de combustion à très faibles émissions de NOx et de particules sont décrits et analysés, et des voies de réduction des émissions de NOx en maintenant constant le niveau d’émissions de particules et la consommation spécifique sont proposées, en particulier à l’aide de la boucle EGR BP.
Author: Camille Solliec
Author: Camille Solliec
Author: Camille Solliec
Author: SYLVAINE.. SCHUCK
Author: Nour Eddine Guerrassi
Author: Adrien Piton
Author: SAID.. ZIDAT
Author: Khaddouj Farsane
Author: MOHAMED YASSER.. MAYYANI
Author: Anthony Dubreuil
Author: Alain Maiboom