Modélisation de la combustion turbulente d'un mélange hétérogène en vue de l'application à la simulation des moteurs diesel PDF Download

Author: Jean-Baptiste Michel
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 205

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Aujourd'hui, les nouvelles reglementations poussent les industriels à rendre les moteurs à combustion interne plus efficaces et moins polluants. Dans cet objectif, les simulations numériques tridimensionnelles des écoulements dans les moteurs, et en particulier les approches RANS, sont fréquemment utilisées dans les phases de conception. Cette thèse présente différents travaux effectués pour developper et valider un modèle de combustion turbulente utilisable en RANS et permettant la représentation de I'auto-inflammation ainsi que des flammes de diffusion dans des conditions typiques des moteurs Diesel. La première partie de cette thèse a pour objectif de montrer que les flammes de diffusion laminaires peuvent être approximées par des flammelettes dont les termes chimiques proviennent de tables d'auto-inflammations homogènes qui sont très rapides à calculer. Ces flammelettes sont ensuite utilisées pour générer une table turbulente, ce qui conduit au modèle ADF-PCM (Approximated Diffusion Flames Presumed Conditional Moment). Ce modèle est d'abord validé en termes de délais sur la simulation de I'expérience d'auto-inflammation de mélanges hydrogène/air développée à Cambridge. L'experience de Cabra est ensuite utilisée pour vérifier I'aptitude du modèle ADF-PCM à prédire correctement la hauteur de lift-off et la composition d'une flamme turbulente methane/air. La partie suivante concerne la prediction de la concentration de NO. Une approche basée sur des temps caractéristiques est proposée et validée sur la simulation de I'expérience de Cabra. Finalement, I'application d'ADF-PCM à la simulation aux grandes échelles et au calcul moteur est étudiée

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

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Book Description
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: Bruno Dillies
Publisher:
ISBN:
Category :
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: 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: Qirui Yang
Publisher: Springer Nature
ISBN: 3658357746
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 141

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Qirui Yang develops a model chain for the simulation of combustion and emissions of diesel engine with fully variable valve train (VVT) based on extensive 3D-CFD simulations, and experimental measurements on the engine test bench. The focus of the work is the development of a quasi-dimensional (QDM) flow model, which sets up a series of sub-models to describe phenomenologically the swirl, squish and axial charge motions as well as the shear-related turbulence production and dissipation. The QDM flow model is coupled with a QDM combustion model and a nitrogen oxides (NOx) / soot emission model. With the established model chain, VVT operating strategies of diesel engine can be developed and optimized as part of the simulation for specific engine performance parameters and the lowest NOx and soot emissions.

Author: P. A. Lakshminarayanan
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 904813885X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 313

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Phenomenology of Diesel Combustion and Modeling Diesel is the most efficient combustion engine today and it plays an important role in transport of goods and passengers on land and on high seas. The emissions must be controlled as stipulated by the society without sacrificing the legendary fuel economy of the diesel engines. These important drivers caused innovations in diesel engineering like re-entrant combustion chambers in the piston, lower swirl support and high pressure injection, in turn reducing the ignition delay and hence the nitric oxides. The limits on emissions are being continually reduced. The- fore, the required accuracy of the models to predict the emissions and efficiency of the engines is high. The phenomenological combustion models based on physical and chemical description of the processes in the engine are practical to describe diesel engine combustion and to carry out parametric studies. This is because the injection process, which can be relatively well predicted, has the dominant effect on mixture formation and subsequent course of combustion. The need for improving these models by incorporating new developments in engine designs is explained in Chapter 2. With “model based control programs” used in the Electronic Control Units of the engines, phenomenological models are assuming more importance now because the detailed CFD based models are too slow to be handled by the Electronic Control Units. Experimental work is necessary to develop the basic understanding of the pr- esses.

Author: Gunnar Stiesch
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3662087901
Category : Computers
Languages : en
Pages : 293

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The utilization of mathematical models to numerically describe the performance of internal combustion engines is of great significance in the development of new and improved engines. Today, such simulation models can already be viewed as standard tools, and their importance is likely to increase further as available com puter power is expected to increase and the predictive quality of the models is constantly enhanced. This book describes and discusses the most widely used mathematical models for in-cylinder spray and combustion processes, which are the most important subprocesses affecting engine fuel consumption and pollutant emissions. The relevant thermodynamic, fluid dynamic and chemical principles are summarized, and then the application of these principles to the in-cylinder processes is ex plained. Different modeling approaches for the each subprocesses are compared and discussed with respect to the governing model assumptions and simplifica tions. Conclusions are drawn as to which model approach is appropriate for a specific type of problem in the development process of an engine. Hence, this book may serve both as a graduate level textbook for combustion engineering stu dents and as a reference for professionals employed in the field of combustion en gine modeling. The research necessary for this book was carried out during my employment as a postdoctoral scientist at the Institute of Technical Combustion (ITV) at the Uni versity of Hannover, Germany and at the Engine Research Center (ERC) at the University of Wisconsin-Madison, USA.

Author: François-Xavier Demoulin
Publisher:
ISBN:
Category :
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: Rene Thygesen
Publisher: Logos Verlag Berlin GmbH
ISBN: 3832530932
Category : Science
Languages : en
Pages : 157

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Book Description
In order to fulfil future emissions legislations, new combustion systems are to be investigated. One way of improving exhaust emissions is the application of multiple injection strategies and conventional or partially premixed combustion conditions to a Diesel engine. The application of numerical techniques as CFD supports and improves the quality of engine developments. Unfortunately, current spray and combustion models are not accurate enough to simulate multiple injection systems, being in this way a topic of research. The goal of this study was the development of a novel simulation method for the investigation of Diesel engines operated with multiple injection strategies and different combustion modes. The first part of this work focused in improving the spray modelling. The inform ation of 3D CFD simulations of the injector nozzle was introduced in the spray simulation as boundary conditions developing coupling subroutines for this issue. The atomisation modelling was also improved using validated presumed droplet size distributions. Moreover, to avoid the simulation of the injector nozzle for every investigated operating point, a novel interpolating tool was developed in order to create spray boundary conditions based on few 3D CFD simulations of the nozzle under certain initial and boundary conditions. The second part of this thesis dealt with the combustion modelling of Diesel engines. For this issue, a laminar flamelet approach called Representative Interactive Flamelet model (RIF) was selected and implemented. Afterwards, an extended combustion model based on RIF was developed in order to take into account multiple injection strategies. Finally, this new model was validated with a wide range of operating points: applying multiple injection strategies under conventional and partially premixed combustion conditions.