MODELISATION DE LA COMBUSTION TURBULENTE DANS LES MOTEURS A ALLUMAGE COMMANDE AVEC PRISE EN COMPTE D'UNE CINETIQUE COMPLEXE. PREDICTION DES POLLUANTS PDF Download
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Author: El Houssin Affad Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 214
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LES TRAVAUX DE MODELISATION DE LA COMBUSTION ET DES PHENOMENES CHIMIQUES DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE REVETENT UNE GRANDE IMPORTANCE POUR LA PREDICTION DES POLLUANTS CHIMIQUES (CO, NO#X) EMIS PAR LES MOTEURS A ALLUMAGE COMMANDE. DANS LES CODES DE CALCUL COMPLET EXISTANTS POUR PREDIRE L'AERODYNAMIQUE INTERNE DES CHAMBRES DE COMBUSTION (KIVA, SPEED,) LA CHIMIE EST TRAITEE DE FACON TRES SIMPLIFIEE ET DONNE DES PREDICTIONS TRES APPROXIMATIVES DES ESPECES PRINCIPALES. LE BUT DE CETTE THESE ETAIT DE: CHOISIR APRES UNE SERIE DE VALIDATIONS, UN SCHEMA CINETIQUE REDUIT FIABLE DANS LE DOMAINE DE FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE (HAUTE PRESSION ET TEMPERATURE). REALISER UN COUPLAGE ENTRE UN MODELE UTILISANT DES PDF PRESUMEES ET UN MODELE EULERIEN-LAGRANGIEN POUR LA MODELISATION DE LA COMBUSTION TURBULENTE, PUIS IMPLANTER CE MODELE DANS LE CODE KIVA II. DES COMPARAISONS DES RESULTATS NUMERIQUES AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX CONCERNANT LA PROPAGATION D'UNE FLAMME EN MILIEU CONFINE MACHINE A COMPRESSION RAPIDE (EXPERIENCE DE L'ARC-MOTEUR) ET LES EMISSIONS DES POLLUANTS EMIS PAR UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ONT ETE SATISFAISANTES
Author: El Houssin Affad Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 214
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LES TRAVAUX DE MODELISATION DE LA COMBUSTION ET DES PHENOMENES CHIMIQUES DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE REVETENT UNE GRANDE IMPORTANCE POUR LA PREDICTION DES POLLUANTS CHIMIQUES (CO, NO#X) EMIS PAR LES MOTEURS A ALLUMAGE COMMANDE. DANS LES CODES DE CALCUL COMPLET EXISTANTS POUR PREDIRE L'AERODYNAMIQUE INTERNE DES CHAMBRES DE COMBUSTION (KIVA, SPEED,) LA CHIMIE EST TRAITEE DE FACON TRES SIMPLIFIEE ET DONNE DES PREDICTIONS TRES APPROXIMATIVES DES ESPECES PRINCIPALES. LE BUT DE CETTE THESE ETAIT DE: CHOISIR APRES UNE SERIE DE VALIDATIONS, UN SCHEMA CINETIQUE REDUIT FIABLE DANS LE DOMAINE DE FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE (HAUTE PRESSION ET TEMPERATURE). REALISER UN COUPLAGE ENTRE UN MODELE UTILISANT DES PDF PRESUMEES ET UN MODELE EULERIEN-LAGRANGIEN POUR LA MODELISATION DE LA COMBUSTION TURBULENTE, PUIS IMPLANTER CE MODELE DANS LE CODE KIVA II. DES COMPARAISONS DES RESULTATS NUMERIQUES AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX CONCERNANT LA PROPAGATION D'UNE FLAMME EN MILIEU CONFINE MACHINE A COMPRESSION RAPIDE (EXPERIENCE DE L'ARC-MOTEUR) ET LES EMISSIONS DES POLLUANTS EMIS PAR UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ONT ETE SATISFAISANTES
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Une contribution à la modélisation de la combustion turbulente non-prémélangée avec prise en compte d'une cinétique chimique détaillée est présentée. Dans un premier temps, deux méthodes de réduction de la cinétique chimique sont présentées : une méthode empirique basée sur des hypothèses d'équilibre partiel et une méthode de réduction automatique appelée « Intrinsic Low-Dimensional Manifold » (ILDM). Cette dernière permet de réduire des schémas cinétiques complets localement dans l'espace des compositions en optimisant les hypothèses effectuées. Le schéma simplifié est alors décrit par un nombre réduit de variables d'avancement. Dans un deuxième temps, la densité de probabilité jointe de la composition (pdf) est déterminée. Deux approches sont alors décrites : l'approche pdf présumée et la résolution de l'équation de transport de la pdf jointe. Une pdf jointe présumée multiscalaire en bêta est présentée. L'évolution qualitative de la pdf de la composition est retrouvée mais l'extension de cette approche à un nombre plus important de scalaires est nécessaire. Un code de Monte-Carlo eulérien, résolvant l'équation de transport de la pdf de la composition est ensuite mis en œuvre et validé par le calcul de deux flammes jets de diffusion turbulentes. Bien que le nombre de variables du schéma simplifie par la méthode « ILDM » soit insuffisant pour fournir une bonne description des processus chimiques se produisant loin de la stœchiométrie et pour de forts étirements du front de flamme, l'extinction partielle de la première flamme est prédite qualitativement. Concernant la deuxième flamme, on montre la capacité de la méthode à prédire les variations de la pdf de la température et le suréquilibre radicalaire, dont la prédiction est nécessaire au calcul de polluants.
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APRES UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PRINCIPAUX MECANISMES CINETIQUES GLOBAUX DE LA COMBUSTION DU METHANE, UNE DESCRIPTION DES MODELES DE COMBUSTION TURBULENTE POUR LES FLAMMES DE DIFFUSION EST FAITE. UNE AMELIORATION DU MODELE LAGRANGIEN DE COMBUSTION TURBULENTE M.I.L. EST PROPOSEE A TRAVERS UN CALCUL DE DELAIS D'IGNITION. CE CALCUL UTILISE UN MECANISME GLOBAL DE SIX REACTIONS A DIX ESPECES. UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION EST DONC ETABLIE POUR ETRE UTILISEE DANS LE CODE DE CALCUL CORA. CE CODE UTILISE UNE METHODE NUMERIQUE DE TYPE DIFFERENCES-FINIES. PAR AILLEURS, UN MODELE K- STANDARD PERMET DE CALCULER LES EVOLUTIONS DES VARIABLES DYNAMIQUES. LA VALIDATION DU MODELE M.I.L. AVEC LA PRISE EN COMPTE D'UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION, A ETE FAITE SUR UNE EXPERIENCE DE FLAMMES DE DIFFUSION TURBULENTE, QUI PRESENTENT DES ZONES D'EXTINCTION PARTIELLES ET DES ZONES DE REALLUMAGE. UN BON ACCORD EST OBSERVE ENTRE LES CALCULS ET LES MESURES DES VITESSES LONGITUDINALES ET DE L'ENERGIE CINETIQUE DE TURBULENCE. LE MODELE K- REPRODUIT RELATIVEMENT BIEN LE CHAMP TURBULENT. LES ZONES D'EXTINCTIONS PARTIELLES ET DE REALLUMAGES SONT RETROUVEES PAR LES CALCULS. TOUS CES RESULTATS DE CALCULS TENDENT A MONTRER QUE LE MODELE M.I.L., DOTE D'UNE BIBLIOTHEQUE DE DELAIS D'IGNITION EST CAPABLE DE SIMULER DE MANIERE SATISFAISANTE, LE COUPLAGE ENTRE LA TURBULENTE ET LA CHIMIE DANS LES FLAMMES TURBULENTES NON PREMELANGEES
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Le respect des normes de pollution de plus en plus sévères et la nécessité de réduire les consommations sont des défis auxquels les constructeurs d'automobiles doivent faire face. La simulation aux grandes échelles (LES) apparaît être une voie prometteuse pour aider à la conception de procédés de combustion innovants. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la modélisation LES de la combustion avec une prise en compte des effets de cinétique détaillée, et ce afin de prédire l'auto inflammation et les polluants. L'approche de modélisation retenue combine un modèle à fonctions de densité de probabilité présumées (PCM) et une approche de chimie détaillée tabulée (FPI). Le modèle PCM-FPI a été introduit dans le solveur LES compressible multi-espèces AVBP. Les développements réalisés sont confrontés à deux configurations pour lesquelles des mesures expérimentales sont disponibles : un brûleur pré-mélangé swirlé et l'auto inflammation d'un jet turbulent d'hydrogène
Author: Jörg-Michel Anderlohr Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 252
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The aim of this PhD thesis is the development of a predictive numerical model capable of simulating hydrocarbon postoxidation in an IC engine exhaust line. The model should reproduce the auto-ignition of hydrocarbons, as well as the evolution of pollutants and combustion products under postoxidation conditions. For this purpose, a detailed kinetic reaction model was developed. It should be valid at low temperatures and under highly diluted conditions. The model should also take into account the effects of the major components of engine exhaust gas on hydrocarbon postoxidation. These are CO2, H2O, and N2, acting as diluting species, but also CO and NOx, which even in small amounts, may strongly impact hydrocarbon oxidation kinetics. These species must hence be considered for postoxidation modelling.In order to gather chemical and physical effects such as turbulence and mixing, the chemical kinetic mechanism was coupled with a turbulent combustion model designed for CFD 3D engine computations. An a priori tabulation methodology was developed, minimizing computational effort and the developed tabulation technique was validated under postoxidation conditions in an IC-engine exhaust line. The coupled chemical kinetics tabulation and turbulent mixing model was implemented in the CFD code IFP-C3D. Simulations were performed on a configuration representative of the physical phenomena characteristic of hydrocarbon postoxidation in exhaust lines. Results improved the understanding of postoxidation phenomena in an IC-engine exhaust line and propose technical solutions for an enhanced postoxidation control.
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: Stéphane Vincent (Ingénieur projet).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 185
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE PAR SIMULATION NUMERIQUE DE L'INTERACTION QUI EXISTE ENTRE LES PHENOMENES TURBULENTS ET LES PHENOMENES CHIMIQUES AYANT LIEU EN COMBUSTION ET EN PARTICULIER DURANT LES PREMIERS INSTANTS DE CELLE-CI. LE CAS GENERAL EST CELUI DES GAZ PARFAITEMENT PREMELANGES. CETTE ETUDE SE FAIT PAR UNE APPROCHE BASEE SUR LES FONCTIONS DE DENSITE DE PROBABILITE (PDF) COUPLEE A DES CINETIQUES CHIMIQUES COMPLEXES. CETTE ETUDE A ETE EFFECTUEE DANS DEUX SITUATIONS DISTINCTES. DANS UN PREMIER TEMPS L'ETUDE EST EFFECTUEE LORSQUE LA COMBUSTION A LIEU PAR AUTO-INFLAMMATION DANS MELANGE D'HYDROGENE ET D'AIR A PERMIS LA MISE EN EVIDENCE, AVEC UNE METHODE RELATIVEMENT SIMPLE A METTRE EN UVRE, DES RELATIONS FORTES ENTRE LES DIFFERENTES ESPECES CHIMIQUES EN COURS DE COMBUSTION. ENSUITE CETTE ETUDE A ETE EFFECTUEE DANS LE CAS DE L'ALLUMAGE PAR ETINCELLE DE MELANGES HYDROGENE-AIR ET HEPTANE-AIR EN UTILISANT UN MODELE D'ALLUMAGE OU L'ETINCELLE EST REPRESENTEE PAR UN DEPOT D'ENERGIE DE DUREE FINIE ET DANS UN VOLUME FINI. LE COUPLAGE DE CE MODELE D'ALLUMAGE AVEC UNE CINETIQUE CHIMIQUE DETAILLEE A PERMIS LA PREDICTION DE LIMITE D'INFLAMMATION. LE MEMOIRE PRESENTE D'ABORD DES RAPPELS DE LA THEORIE DE LA COMBUSTION TURBULENTE, DIFFERENTS TYPES DE MODELISATION ET, EN PARTICULIER, L'APPROCHE DE LA PDF. PUIS UNE REVUE CRITIQUE DE MODELES D'ALLUMAGE PAR ETINCELLE EST EFFECTUEE ET LE MODELE UTILISE EST PRESENTE. UNE DESCRIPTION DES METHODES DE REDUCTIONS DES SCHEMAS NUMERIQUES EST PROPOSEE AINSI QUE LE CHOIX DES CINETIQUES CHIMIQUES UTILISEES. UNE ETUDE DE L'AUTO-ALLUMAGE TURBULENT DE MELANGE D'HYDROGENE-AIR EST ALORS EFFECTUEE ET DANS LA DERNIERE PARTIE L'ETUDE DE L'ALLUMAGE TURBULENT PAR ETINCELLE EST EFFECTUE.
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CE MEMOIRE PORTE SUR L'ELABORATION DE MODELE DE PREDICTION DE POLLUANTS DANS UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE, ET EN PARTICULIER SUR LES EMISSIONS DE CO ET DE NO#X. DANS CETTE ETUDE, NOUS DEVELOPPONS DEUX METHODES DE PREDICTIONS, BASEES POUR LA PREMIERE SUR UN MODELE DE PDF PRESUME DONNANT LE TAUX DE REACTION MOYEN D'UNE REACTION GLOBALE EN TENANT COMPTE DE LA TURBULENCE, SUIVI D'HYPOTHESES D'EQUILIBRE CHIMIQUE DANS LES GAZ BRULES ET POUR LA DEUXIEME SUR L'UTILISATION D'UN MODELE DE COMBUSTION TURBULENTE EULERIEN-LAGRANGIEN COUPLE AVEC UN SCHEMA CINETIQUE REDUIT POUR LE METHANE. NOUS AVONS FAIT UNE ANALYSE DES RESULTATS EN FONCTION DE LA RICHESSE POUR LES DEUX MODELES ET COMPARES CEUX-CI AVEC DES RESULTATS DE MESURS FAITES A L'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR MONOCYLINDRE
Author: Martin Hilka Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 260
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Cette thèse a pour objectif d'améliorer les connaissances et les modèles de la combustion turbulente prémélangée et en particulier de la formation des polluants dans les flammes turbulentes. Basée sur une approche de simulation numérique directe, bâtie autour du code NTMIX-CHEMKIN et en tenant compte de cinétiques chimiques complexes, nous avons étudié, d'une part, l'interaction d'une flamme de prémélange plane avec une paire de tourbillons, d'autre part, l'interaction flamme turbulence sur la base d'une turbulence homogène isotrope bidimensionnelle. Les résultats de ces études montrent l'inadéquation de certains schémas cinétiques pour la description de l'interaction flamme-tourbillons et donc, à fortiori, pour l'interaction flamme-turbulence. On trace également l'évolution de grandeurs caractéristiques telles que le taux de dégagement de chaleur et l'émission lumineuse au cours de l'interaction. L'étude de flammes turbulentes montre le rôle du monoxyde de carbone en tant qu'intermédiaire clé entre l'oxydation du combustible méthane et la formation du dioxyde de carbone. On observe également que la formation instantanée du monoxyde d'azote no dans une flamme turbulente suit la même dépendance de la température que celle d'une flamme laminaire et peut donc être modélisée en faisant intervenir la fonction de densité de probabilité de la température de l'écoulement turbulent. Par ailleurs, l'analyse statistique des flammes avec une cinétique chimique complexe montre qu'il n'est pas possible d'obtenir les propriétés représentatives d'une surface de flamme à partir d'un seul iso-contour d'une variable caractéristique. L'exploitation de résultats de simulation numérique directe pour ce type de modèles de combustion nécessite l'introduction de grandeurs globales, définies ici par intégration perpendiculaire au front de flamme.
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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
Author: El Houssin Affad
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Author: Stéphan Zurbach
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