Modélisation 0D/1D de la Combustion Pour L'optimisation Des Systèmes de Combustion Des Moteurs À Allumage Commandé PDF Download
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Author: Sokratis Demesoukas Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
Nowadays, the design of Spark Ignition internal combustion engines is focused on the reduction of fuel consumption and low pollutant emissions, while conserving an adequate output power. The high cost of experimental testing comes in favor of the use of numerical simulations for the assessment of engine technologies. Phenomenological Zero-Dimensional combustion models allow evaluating various technical concepts since they take into account various aspects of spark ignition combustion such as chamber geometry, laminar flame characteristics (thickness and speed) and the impact of turbulence. Such models also calculate species concentration of the exhaust gases. In order to create a zero-dimensional combustion model, which can be able to describe correctly the physics of combustion, the key aspects of laminar and turbulent premixed combustion are identified. Three versions of typical combustion models are compared in terms of physical description of the combustion process. The result of this comparison indicated the most physically pertinent mod-el (the Flame Surface Density model). This model is retained and is enhanced with physical modeling of the several phenomena, which affect the heat release rate. Those phenomena are the wall-flame interaction, post-flame reactions and flame stretch. Finally, the proposed model is validated for several engine configurations. Each configuration has an impact on a specific engine parameter. This analysis shows which are the confidence intervals and the limitations of the proposed model.
Author: Sokratis Demesoukas Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
Nowadays, the design of Spark Ignition internal combustion engines is focused on the reduction of fuel consumption and low pollutant emissions, while conserving an adequate output power. The high cost of experimental testing comes in favor of the use of numerical simulations for the assessment of engine technologies. Phenomenological Zero-Dimensional combustion models allow evaluating various technical concepts since they take into account various aspects of spark ignition combustion such as chamber geometry, laminar flame characteristics (thickness and speed) and the impact of turbulence. Such models also calculate species concentration of the exhaust gases. In order to create a zero-dimensional combustion model, which can be able to describe correctly the physics of combustion, the key aspects of laminar and turbulent premixed combustion are identified. Three versions of typical combustion models are compared in terms of physical description of the combustion process. The result of this comparison indicated the most physically pertinent mod-el (the Flame Surface Density model). This model is retained and is enhanced with physical modeling of the several phenomena, which affect the heat release rate. Those phenomena are the wall-flame interaction, post-flame reactions and flame stretch. Finally, the proposed model is validated for several engine configurations. Each configuration has an impact on a specific engine parameter. This analysis shows which are the confidence intervals and the limitations of the proposed model.
Author: Vincent Talon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 349
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Les normes de pollution de plus en plus drastiques et les temps de développement des moteurs à combustion interne de plus en plus courts imposent d'utiliser des modèles embarqués pour le contrôle ainsi que pour l'étude paramétrique lors les phases de dimensionnement et d'optimisation. La modélisation physique 0-1D des moteurs à allumage commandé permet de prédire le remplissage et le déroulement de la combustion aussi bien en phase stationnaire que transitoire avec un excellent niveau de fiabilité et de corrélation par rapport aux essais tout en respectant les contraintes de pas de calcul permettant de réaliser des simulations en temps réel. Deux grands thèmes ont été abordés : La modélisation de l'acoustique des tubulures : - Nouveau modèle bondgraph d'acoustique basé sur l'approche de Godunov et de Roe - Méthode pour prendre en compte les conditions aux limites - Modèle 0D de turbocompresseur (avec approximation des champs compresseur et turbine) La modélisation de la combustion : - Modèle de Wiebe en formulation bondgraph (avec une méthode d'identification) - Modèle Eddy Burn Up en formulation bondgraph (avec une méthode d'identification) - Deux nouvelles méthodes de prise en compte de la variation cyclique
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Depuis quelques années, les modèles 0D trouvent un regain d'intérêt auprès des motoristes. En effet, ces modèles, fournissant aisément un comportement thermodynamique du moteur, peuvent être couplés avec des outils de contrôle moteur. Néanmoins, leur précision doit être augmentée, pour répondre aux enjeux technologiques actuels. Dans les moteurs à allumage commandé, la flamme turbulente prémélangée est modélisée comme un ensemble de flammelettes cohérentes entre elles. Cette approche généraliste nécessite un traitement particulier en proche paroi, motivé par une modification de la structure de flamme due aux couches limites thermique et cinématique. Ce présent travail propose des approches de modélisations 0D de la combustion, en proche paroi et dans la zone réactionnelle de la flamme. Pour modéliser la combustion en proche paroi, la flamme est scindée en une contribution en propagation libre, et une contribution en interaction avec les parois. Chaque contribution est divisée en une zone de transport, dans laquelle l'entraînement des gaz frais est décrit, et une zone de réaction, dans laquelle la réaction de combustion est modélisée. L'ajout d'une zone de réaction en interaction avec les parois permet de modéliser un gradient de température et une réaction de combustion ralentie en proche paroi. Pour modéliser la zone réactionnelle, une discrétisation de la flamme en N zones de réaction indépendantes est proposée. Une plage de fonctionnement moteur a été simulée avec nos approches de modélisation, afin de quantifier la variabilité des paramètres de calibration. Pour ce faire, les modèles sont calibrés sur chaque point de fonctionnement, par une méthode de minimisation de l'erreur quadratique moyenne sur la loi de dégagement d'énergie. Des corrélations aisées de paramètres de calibration peuvent être établies, en fonction de paramètres moteurs. Les résultats de simulations, obtenus à partir de ces corrélations, sont satisfaisants.
Author: Nicolas Bordet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse porte sur la modélisation 0D/1D de la combustion Diesel dans les moteurs récents. L'objectif est d'augmenter la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés afin d'utiliser la simulation comme un outil dédié à la mise au point. Dans une première partie, le développement d'un modèle 0D orienté simulation système est présenté. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques se déroulant dans la chambre de combustion confère au modèle un niveau de prédictivité conséquent. Un nouveau modèle de combustion de prémélange est proposé, permettant une modélisation détaillée des combustions fortement diluées et des combustions relatives aux injections précoces. Une approche innovante permettant de quantifier les interactions entre les jets pour la multi injection est également proposée. Après calibration sur un nombre restreint d'essais moteur, les résultats du modèle global sont comparés à des mesures expérimentales pour toute la plage de fonctionnement du moteur. La seconde partie de ce travail porte sur la modélisation 1D de la combustion Diesel. Un modèle de jet Diesel est d'abord développé et validé sur des mesures expérimentales. Ce modèle est ensuite étendu à des conditions réactionnelles à l'aide d'un couplage avec un modèle de combustion. Ce dernier s'appuie sur une tabulation des mécanismes de cinétique chimique, ainsi que sur une approche Eddy Break-Up permettant de modéliser le taux de réaction lié au micro mélange. Ce modèle est ensuite intégré à un modèle de chambre de combustion et une première validation du modèle sur des essais moteur réels est entreprise.
Author: Guillaume Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La présente thèse porte sur la modélisation dédiée au contrôle des phénomènes physiques se produisant au travers des restrictions de la chaîne d'air du moteur. L'objectif est d'assurer la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés. En effet, les modèles dédiés au contrôle nécessitent un temps de calcul court (proche du temps réel) afin d'être exploitables dans un processus de développement. En parallèle de cela, les normes concernant les rejets polluants sont de plus en plus drastiques, et nécessitent de prendre en compte finement les phénomènes physiques mis en jeu. Dans une première partie, les équations des phénomènes physiques liés aux turbocompresseurs radiaux sont introduites dans une approche cartographique. Les équations fondamentales des turbomachines sont développées et utilisées afin de construire une méthode d'interpolation / extrapolation de champs turbocompresseur expérimentaux incomplets. Dans un second temps, les résultats d'essais réalisés lors de la thèse sont utilisés pour identifier les transferts thermiques au sein des turbocompresseurs. Un modèle dynamique d'échange thermique est ensuite construit. Le modèle final permet d'obtenir une cartographie complète des champs compresseur et turbine, tout en prenant en compte l'impact des transferts thermiques sur les performances des turbomachines. La seconde partie porte sur la modélisation des restrictions (soupapes, changements de section...) rencontrées sur les MCI. Une méthode pour la résolution quasistatique des équations Euler 1D complètes (masse, énergie, moment) est proposée afin de construire les cartographies associées aux restrictions considérées, sans introduire de coefficient de correction expérimental. Ces cartographies sont utilisables en tant que modèles moyens ou utilisées comme conditions limites de codes aérodynamiques 1D. En cas de couplage avec un code 1D, une méthode de correction d'entropie basée sur un algorithme de linéarisation est proposée afin de réduire le temps de convergence aux conditions limites du domaine de calcul.Finalement, les développements sont validés expérimentalement en écoulements stabilisés et transitoires.
Author: Guanqin Ma Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 226
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Dans le cadre de la réduction des émissions polluantes et de la consommation de carburant des moteurs à combustion interne, ces dernières années ont vu le développement de modes de combustion à allumage par compression partiellement prémélangés (LTC, PCCI,..) pour lesquels la cinétique chimique joue un rôle important. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire vise à développer un modèle phénoménologique 1D multizone de combustion Diesel, basé sur un modèle de spray évolué et intégrant différents niveaux de description de la cinétique chimique. L’étude bibliographique réalise un aperçu sur la physique de combustion Diesel et sa modélisation, où l’accent est mis sur les modèles phénoménologiques existants à ce jour. Le modèle élaboré est basé sur la modélisation de spray 1D transitoire de Musculus et al., à laquelle de nombreux développements et améliorations sont apportés, pour passer d’un spray inerte en milieu infini à un spray vaporisant puis brûlant en milieu confiné. Plusieurs approches du calcul de taux de réaction sont envisagées, allant jusqu’à la résolution d’un mécanisme chimique détaillé avec CHEMKIN. Le modèle permet d'analyser l'évolution d'un spray Diesel pendant toute la durée du processus de combustion, de calculer non seulement les paramètres globaux comme la pénétration, l'angle de spray, le délai d’inflammation, la pression et le taux de dégagement de chaleur, mais aussi les paramètres locaux, comme la température et la composition de chaque zone. Ce modèle est tout d’abord confronté à des résultats expérimentaux obtenus dans un réacteur à volume constant(base de données «Engine Combustion Network»).. Il permet de retrouver qualitativement les différentes phases de la combustion (délai, combustion de pré mélange puis établissement d’une flamme de diffusion). L’influence des paramètres du modèle est analysée puis il est confronté à des résultats expérimentaux de sensibilité à la fraction d’O2 et à la température ambiante. Le modèle est ensuite utilisé pour simuler le déroulement de la combustion dans le cas d’un moteur Diesel automobile, avec une chambre à volume variable et des interactions spray / paroi. Là encore, l’influence des quelques paramètres du modèle est étudiée, puis les résultats sont comparés avec des données expérimentales dans de nombreuses configurations impliquant les principaux paramètres de réglage : injection simple ou utilisation d’une injection pilote, pression d’injection, pression de suralimentation, taux d’EGR... Finalement, le modèle développé permet de retrouver des tendances qualitatives, avec un accord quantitatif plus ou moins correct selon les cas et un nombre de paramètres de réglage très restreint.
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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: Maria Adelina Rivas Caicedo Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse a été développé grâce à une Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE). Cette convention fait partie d'un programme de l'Association nationale de la recherche et de la technologie (ANRT), coordonné par le Centre nationale de la recherche scientifique (CNRS). L'accord CIFRE subventionne les entreprises françaises qui engagent un thésard pour conduire un projet scientifique dans l'entreprise, en partenariat avec un laboratoire publique de recherche. Pour cette thèse, l'accord CIFRE a été signé par Renault et les laboratoires GIPSA Lab de Grenoble et PRISME d'Orléans.Cette thèse se focalise sur la modélisation 0D, en particulier sur une description plus détaillé du processus de la combustion et l'estimation des masses enfermées dans la chambre de combustion d'un moteur à allumage commandé (Spark Ignited (SI) engine). Les principaux développements comportent des points suivants :- L'impact flamme parois pendant la combustion : un nouveau modèle pour prendre en compte ce phénomène dans le cadre d'un modèle de combustion 0D à deux zones a été développé. Ce modèle permet de prendre en compte la géométrie de la chambre de combustion et la proportion de flamme que brûle proche des parois du cylindre. Plusieurs études ont montré qu'une grand proportion (20% au 30%) du mélange frais brûle dans ce mode de combustion ce qui montre l'importance de prendre en compte ce phénomène. - L'estimation de la mass totale enfermée dans la chambre de combustion après la fermeture des soupapes est un phénomène très intéressant qui présente un Challenger pour les chercheurs motoristes. Une estimation plus précise de la mass enfermée dans la chambre de combustion permet d'avoir un meilleur contrôle de l'injection du carburant et une amélioration dans le traitement des polluants.- Le dernier point à traiter dans cette thèse est la commande d'un système d'injection “common rail”. Ce point a pour but de compléter la modélisation de la combustion en ajoutant une thématique liée à l'injection, lequel est un paramètre crucial dans le processus de la combustion. L'objectif d'un système d'injection common rail est de contrôler l'avance de l'injection, la durée et la pression, de façon indépendante dans chaque cylindre, pour avoir un meilleur contrôle de la combustion, en dépendant des conditions d'opération. Cette injection permet de réguler le carburant en quantités très petites, ce qu'aide à réduire la consommation, les émissions polluantes, et aussi à améliorer la performance du moteur.
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Le travail de cette thèse a pour objet la modélisation du moteur à allumage par compression pour le contrôle et le diagnostic. Le moteur Diesel est le moteur à combustion interne le plus performant et l'un des plus propres grâce aux actionneurs modernes. Cependant, les normes anti-pollutions sont de plus en plus strictes et, aujourd’hui, la réduction des émissions nocives dépend en partie des stratégies de commande des actionneurs. C’est pourquoi, les modèles sont devenus indispensables à chaque étape du développement du contrôle moteur : synthèse des algorithmes de commande, simulation et validation. Le système considéré est un moteur Diesel six cylindres à injection directe équipé d’un turbocompresseur. Le modèle développé repose sur des lois physiques pour les cylindres, les collecteurs, le turbocompresseur et le vilebrequin. Des lois empiriques ont été choisies pour la modélisation de la combustion et des transferts thermiques afin de réduire le temps de simulation. Le modèle, programmé en langage C dans l’environnement Matlab-Simulink, est capable de prédire l’évolution des variables utiles au contrôle moteur au degré vilebrequin. Les résultats sont conformes à ceux obtenus à l’aide d’un code de calcul industriel et ils sont représentatifs des mesures réalisées sur le banc moteur expérimental. Le modèle a ensuite été implanté sur un calculateur puissant nous permettant de disposer d’un simulateur adapté aux applications temps réel. Une partie de cette étude a aussi été consacrée à la modélisation du processus de combustion à l’aide d’un modèle de représentation non linéaire : le modèle NARMAX. L’objectif est de construite un modèle capable de prédire l’évolution de la pression cylindre en exploitant d’autres mesures disponibles sur un moteur. Les coefficients du modèle NARMAX ont été identifiés directement à partir des mesures des entrées et des sorties du système. Ce type de modèle présente l’avantage d’être moins coûteux en terme de temps de calcul par rapport aux modèles physiques. Les résultats sont encourageants et montrent que l’utilisation du régime instantané comme variable d’entrée principale du modèle permet de reproduire l’allure de la pression cylindre dans le cas d’une combustion précoce.
Author: Sokratis Demesoukas
Author: Sokratis Demesoukas
Author: Vincent Talon
Author: Leslie Kaprielian
Author: Nicolas Bordet
Author: Guillaume Martin
Author: Guanqin Ma
Author: Fabienne Galzin
Author: Groupement scientifique moteurs. Colloque
Author: Maria Adelina Rivas Caicedo
Author: Olivier Grondin