MODELISATION DU DELAI D'AUTO-INFLAMMATION DANS UN MOTEUR DIESEL. VALIDATION EXPERIMENTALE PDF Download
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LE BUT DE CE TRAVAIL EST: 1) DE PROPOSER UN MODELE DE SPRAY; 2) DE PROPOSER UN MODELE CHIMIQUE D'AUTO-INFLAMMATION; 3) D'EFFECTUER DES MESURES DE PENETRATION, D'EVAPORATION ET DU DELAI D'AUTO-INFLAMMATION NECESSAIRES A LA MISE AU POINT ET LA VALIDATION DES DEUX MODELES; 4) DE CALCULER LES PROPRIETES PHYSIQUES, CHIMIQUES ET THERMODYNAMIQUES DES CARBURANTS QUI SONT NECESSAIRES A LA MODELISATION. LES DIFFERENTS COMBUSTIBLES UTILISES SONT DES MELANGES NON DEFINIS D'HYDROCARBURES; 4) ET ENFIN, DE METTRE AU POINT ET DE VALIDER LES MODELES DE SPRAY ET D'AUTO-INFLAMMATION PAR COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
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LE BUT DE CE TRAVAIL EST: 1) DE PROPOSER UN MODELE DE SPRAY; 2) DE PROPOSER UN MODELE CHIMIQUE D'AUTO-INFLAMMATION; 3) D'EFFECTUER DES MESURES DE PENETRATION, D'EVAPORATION ET DU DELAI D'AUTO-INFLAMMATION NECESSAIRES A LA MISE AU POINT ET LA VALIDATION DES DEUX MODELES; 4) DE CALCULER LES PROPRIETES PHYSIQUES, CHIMIQUES ET THERMODYNAMIQUES DES CARBURANTS QUI SONT NECESSAIRES A LA MODELISATION. LES DIFFERENTS COMBUSTIBLES UTILISES SONT DES MELANGES NON DEFINIS D'HYDROCARBURES; 4) ET ENFIN, DE METTRE AU POINT ET DE VALIDER LES MODELES DE SPRAY ET D'AUTO-INFLAMMATION PAR COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
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Ce travail est une contribution à l'amélioration des connaissances de la phase de précombustion dans les moteurs diesel. Cette phase, appelée également délai d'auto-inflammation, joue en effet un rôle non négligeable dans la genèse des polluants aujourd'hui sévèrement réglementés. Une analyse bibliographique a tout d'abord permis de recenser les différents paramètres influençant le délai d'auto-inflammation ainsi que les différentes approches utilisées pour la modéliser. L'étude expérimentale a été réalisée dans une chambre de combustion à volume constant dont les parois sont maintenues à haute température. Les essais effectués ont permis de mettre en évidence l'influence qu'ont sur le délai d'auto-inflammation les température et pression initiales régnant dans la chambre de combustion avant injection, le type et le diamètre des trous de l'injecteur, la pression d'injection. Douze carburants différents ont été utilisés afin d'analyser le rôle joué par l'indice de cétane, la teneur en composés paraffiniques et les additifs. A partir de ces données expérimentales, deux modélisations complémentaires ont été envisagées. La première approche, empirique, est une extension de la loi de Wolfer au cas de différents carburants. Les coefficients de la relation proposée sont en effet exprimés en fonction de l'indice de cétane, de la teneur en composés paraffiniques et de la viscosité cinématique du combustible. Etablie à l'aide de six carburants, cette loi a été validée sur quatre autres. La deuxième modélisation consiste en un mécanisme chimique réduit comportant 34 réactions, implanté dans un code de calcul tridimensionnel. L'avantage de ce mécanisme est de permettre, en plus de la prédiction du délai, l'évaluation des différents polluants susceptibles de se former pendant la phase de combustion d'un moteur diesel.
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Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire visent à modéliser la boucle d'air d'un moteur Diesel en calcul temps réel sur un banc HiL. Un modèle de combustion (0D) basé sur la loi de Wiebe à double équations a été utilisé. Ce modèle a été connecté en amont à un modèle de délai d'auto-inflammation et en aval à un modèle de calcul des émissions des NOx dues à la combustion. Le modèle de délai d'auto-inflammation est basé sur deux différentes approches: pour les injections pilote et post, seule la loi d'Arrhenius a été adoptée ; tandis que pour l'injection principale, la loi d'Arrhenius et une simple corrélation déterminant le délai d'auto-inflammation ont été testées. La modélisation des émissions des polluants comme le NOx, lors de la phase de combustion a été réalisée à l'aide du mécanisme de Zeldovich prolongé. Un modèle de combustion à deux zones a été élaboré afin de déterminer la température des gaz brûlés nécessaire au modèle des NOx. Ensuite, la réduction de ces émissions des NOx dans le système SCR a été étudiée en se basant sur un modèle de réactions chimiques capable de simuler leur évolution au sein du catalyseur. Finalement, le modèle de combustion a été implémenté dans le modèle de véhicule global et testé en mode statique (offline) uniquement pour des points de fonctionnement bien précis. Les résultats montrent un bon comportement du modèle face aux relevés de pression mesurés, aussi bien en termes de prédiction de délais d'inflammation, qu'en termes d'évolution de la pression cylindre. Ceci signifie qu'une bonne estimation du couple moteur généré a été établie.
Author: Helena Ramirez Lancheros Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'oxydation d'un gazole commercial et d'un gazole modèle (70% n-décane/30% 1-méthylnaphtalène en mol), ainsi que l'oxydation d'un carburant B30 « réel » (30% EMHV en vol.) et d'un B30 modèle (49% de n-décane, 21% de 1-méthylnaphtalène et 30% d'octanoate de méthyle en mole), a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux, un tube à choc et une bombe sphérique. Les études ont été effectuées dans un réacteur auto-agité en silice fondue, dans les mêmes conditions expérimentales initiales (560-1030 K, à 6 et 10 bar, à des richesses allant de 0,25 à 1,5). Les résultats de cette série d'expériences sont constitués de profils de concentration des espèces intermédiaires stables et des produits de combustion mesurés en fonction de la température, après prélèvement à basse pression par une sonde sonique, par infrarouge et par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats obtenus avec les « carburants réels » ainsi qu'avec les carburants modèles (gazole et B30) ont été comparés, montrant que les carburants modèles sont d'excellents substituts simplifiés pour les « carburants réels » gazole et B30. Nous avons mesuré des délais d'auto-inflammation du carburant modèle B30 dans un tube à choc à haute pression dans une large gamme de conditions expérimentales (20 et 40 bar, intervalle de richesse de 0.5 à 1.5, et températures allant de 700 à 1200 K). Les vitesses fondamentales de flammes de 1-méthylnaphtalène, de l'octanoate de méthyle, et des carburants modèles gazole et B30 ont été mesurées dans une bombe sphérique, sous différentes conditions expérimentales (une pression initiale de 1 et 4 bar, une température initiale de 423K et une large gamme de richesses). Un mécanisme détaillé a été développé, validé, puis été réduit. Il prédit raisonnablement les données expérimentales obtenues en bombe sphérique dans cette étude.
Author: Alan Keromnes Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 201
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La combustion par auto-inflammation est un mode de combustion alternatif qui permet d’envisager une réduction des émissions polluantes à la source grâce à la à une combustion théoriquement homogène (pas d’émissions de suies) pauvre (limitation des émissions de CO2) et « froide » (peu d’émissions de NOx). Cette combustion est contrôlée principalement par les mécanismes de cinétique chimique et par les hétérogénéités qui existent dans la chambre de combustion. Une machine à compression rapide (MCR) a été conçue pour étudier ce nouveau mode de combustion. Une partie des travaux a consisté en la fiabilisation (reproductibilité) et la caractérisation (paramètres de réglage, aérodynamique interne) de la MCR. Une étude numérique a permis d’étudier l’impact des hétérogénéités sur la combustion par auto-inflammation grâce à un modèle zéro dimensionnel multizone de la MCR. Cette étude a également permis de valider numériquement la MCR. L’étude expérimentale de la combustion a porté tout d’abord sur les paramètres influençant le délai d’auto-inflammation puis sur l’initiation et le développement de la combustion grâce à la cinématographie rapide. Deux modes de développement ont ainsi pu être identifiés.
Author: Ferry Angelino Tap Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 243
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L'étude présentée dans ce manuscrit de thèse a été proposée par PSA Peugeot Citroën Automobiles afin d'améliorer la modélisation de l'auto-allumage et de la combustion dans les moteurs à injection directe Diesel. Des études élémentaires ainsi qu'une étude bibliographique exhaustive ont été menées et ont abouti à la proposition d'un nouveau modèle de combustion : le modèle de densité de surface de flamme généralisée. Ce modèle permet entre autre de mieux prendre en compte les effets chimiques dans la phase d'auto-inflammation et de décrire la transition de l'auto-allumage vers la flamme de diffusion. Une fois le principe du modèle validé sur une base DNS, il a été appliqué à des configurations de flammes détachées sur un jet Diesel, dans une enceinte à volume constant. Le modèle prédit les délais d'auto-allumage en cohérence avec les expériences et d'autres simulations du même cas. Le processus de développement de la flamme et la structure de la flamme stabilisée sur le jet liquide sont en bon accord avec les phénomènes physiques décrits dans la littérature. Par ailleurs, une étude de sensibilité a été menée, avec succès, par rapport à la technologie d'injection et les conditions thermodynamiques ambiantes. Des travaux sont actuellement en cours au sein de PSA pour appliquer le modèle proposé à des simulations moteur.
Author: Hatim Machrafi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 406
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Une des solutions très prometteuses pour la réduction des émissions polluantes et de la consommation des moteurs à combustion interne est la mise en place de combustions alternatives pour une optimisation à la source. En particulier, de nombreuses études sont menées autour du développement d'une combustion en charge homogène par auto inflammation appelée "Homogeneous Charged Compression Ignition". Cependant, le contrôle de ce mode de combustion nécessite une recherche avancée incluant une approche interdisciplinaire associant la chimie, la mécanique des fluides et les contraintes d'un fonctionnement moteur. Cette thèse a pour objet l'étude de l'auto inflammation en mode homogène traité d'un point de vue numérique et expérimental. L'étude numérique s'intéresse au développement de mécanismes réduits de carburants de référence. Ces mécanismes réduits sont introduits dans le cadre de modèles plus généraux simulant un fonctionnement de cycle moteur, se focalisant sur trois carburants de référence ; le n-heptane, l'isooctane et le toluène. Trois mécanismes et un mécanisme "mélange" sont ainsi proposés et font l'objet tout d'abord d'une validation numérique et ensuite d'une validation expérimentale. Le mécanisme final "mélange" est composé de 62 réactions et de 49 espèces. En outre, l'interaction des oxydes d'azote NO avec les hydrocarbures est incluse par un appendice cinétique. La validation expérimentale est effectuée dans une gamme de paramètres respectant les conditions de fonctionnement d'un mode HCCI. Les gammes de température d'admission sont comprise entre 35 et 70 °C, avec une richesse entre 0,28 et 0,64 et des taux de compression entre 7 et 14, et ceci pour différentes teneurs des 3 composées de base formant le carburant. En particulier, les carburants testés présentent une gamme complète de proportion de n-heptane/iso-octane. En ce qui concerne le cas des mélanges de n-heptane/toluène, la valeur maximum étudiée du pourcentage volumique de toluène est de 40 %. Des analyses comparatives entre l'essence, le gasoil et leurs substituts de référence sont proposées. En outre, l'effet de NO sur le processus d'auto-inflammation est étudié jusqu'à une addition de 170 ppm. Une étude complète des effets de l'introduction d'EGR est présentée avec en particulier les effets de la dilution par N2 et CO2, les effets du niveau thermiques sur une gamme de 30 à 120 °C, et les effets chimiques de certaines espèces comme le CO, le CH2O et de CH3CHO. L'analyse expérimentale a été soutenue par le mécanisme validé. De cette analyse aboutit un ensemble de conclusions en ce qui concerne le contrôle du processus d'auto-inflammation en mode HCCI.
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LES RECHERCHES ENTREPRISES POUR MIEUX COMPRENDRE LA COMBUSTION DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE, VISENT A AMELIORER LES PERFORMANCES ET LE RENDEMENT DE CES MOTEURS TOUT EN REDUISANT LE BRUIT ET L'EMISSION DE POLLUANTS. TOUTES CES ETUDES IMPLIQUENT DES CONNAISSANCES SUR DES THEMES AUSSI DIFFERENTS QUE LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES, LA TURBULENCE, LES ECHANGES THERMIQUES, LA CINETIQUE CHIMIQUE, LA COMBUSTION TURBULENTE, ETC... LA REPRESENTATION DE CES PHENOMENES COMPLEXES NE PEUT DONC RELEVER QUE DE MODELES MATHEMATIQUES ELABORES QUI RESOLVENT NUMERIQUEMENT EN UNE OU PLUSIEURS DIMENSIONS L'ENSEMBLE DES EQUATIONS REPRESENTATIVES DE CES PHENOMENES PHYSIQUES. ILS PERMETTENT DE CERNER L'INFLUENCE DE CERTAINS DE CES PARAMETRES SUR LE COMPORTEMENT DU MOTEUR ET DE MODELISER UN CYCLE COMPLET. CEPENDANT UNE MODELISATION FINE DE L'AUTO-INFLAMMATION EST SOUVENT ABSENTE DE CES CODES DE CALCUL. LE PRESENT TRAVAIL EST CONSACRE, DANS UN PREMIER TEMPS, A L'ETUDE ET A L'AMELIORATION DU CODE DE CALCUL DISPRAY AFIN DE PERMETTRE LA MODELISATION DE L'INJECTION DU COMBUSTIBLE LIQUIDE DANS DES CONDITIONS THERMODYNAMIQUES ANALOGUES A CELLES REGNANT DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION. PUIS, NOUS AVONS ADAPTE, AU N-DODECANE, UN MODELE D'AUTO-INFLAMMATION BASE SUR UN MECANISME DE REACTIONS EN CHAINES COMPORTANT SEULEMENT QUATRE ETAPES (INITIATION, PROPAGATION, RAMIFICATION, RUPTURE). SA VALIDATION, A PARTIR D'EXPERIENCES EN BOMBE ET SUR MOTEUR DIESEL A CULASSE TRANSPARENTE, A PERMIS DE VERIFIER SON BON COMPORTEMENT DANS DIFFERENTES CONDITIONS OPERATOIRES. EN PARTICULIER IL A MIS EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DES CONDITIONS D'INJECTION DU COMBUSTIBLE SUR LE DELAI D'AUTO-INFLAMMATION
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Dans le cadre de ce travail nous avons poursuivi deux axes de recherche afin de contribuer à la resolution des difficultés rencontrées lors des simulations de l'injection Diesel. Premièrement nous avons mené une étude sur l'écoulement dans le canal de de sortie de l'injecteur. l'étude bibliographique nous a montré que la cavitation est un phénomène important dans le régime d'atomisation, caractéristique de l'injection Diesel. Le code diphasique Melodif, développé par EDF, a été utilisé pour les calculs. La simulation de l'écoulement dans l'injecteur en tenant en compte de la cavitation montre que la cavitation existe très vraisemblablement dans des conditions étudiées, proches des conditions réelles moteur. L'ampleur du phénomène et donc l'existence des bulles de sortie ne peuvent pas encore être prédites avec certitude à cause de la sensibilité des prédictions aux conditions numériques. Deuxièmement nous avons analysé les sous-modèles du jet Diesel utilisés dans KIVA II (dits d'évaporation, de collision et de coalescence et de désintégration de gouttelettes) et avons proposé de nouveaux modèles améliorés. Les modèles ont été validés isolément avant de juger leur comportement d'ensemble dans une simulation de l'injection Diesel. Le modèle de collision et de coalescence d'origine de KIVA II utilise un critère de coalescence qui est basé sur des expériences menées avec des gottes d'eau. Il a été remplacé par un nouveau modèle utilisant un critère de coalescence qui est basé sur un diagramme de régios de coalescence et de séparation des gouttes d'hydrocarbures. La prédiction du rayon moyen de Sauter (SMR) s'améliore en utilisant le nouveau modèle dans le cas test. Le modèle d'évaporation d'origine de KIVA II est caractérisé par un certain nombre d'hypothèse qui aété relaxé dans le nouveau modèle. Le nouveau modèle est basé sur le modèle d'Abramzon et Sirignano. Il utilise la méthode proposé par Renksizbulutet al. pour le calcul de la conduction de la chaleur à l'intérieur de la goutte. De plus il tient compte des effets des conditions supercritiques sur l'évaporation de la goutte, négligés auparavant. Les deux modèles ont été confrontés aux expériences. Dans les conditions étudiées le nouveau modèle donne des meilleurs résultats. Le modèle de breakup d'origine de KIVA II TAB prédit une désintégration rapide du jet Diesel en très petite gouttellettes. Afin d'évaluer le modèle TAB, d'autres modèles de désintégration de gouttes proposés la littérature et un nouveau modèle de désintégration proposé basé sur les corrélations de Pilch et Erdman une comparaison des trajectoires et des tailles de gouttes prédites par rapport à l'expérience a été faite. Le nouveau modèles donne les meilleures prédictions de trajectoire pour les vitesses gazeuses étudiées. Les simulations de l'injections Diesel ont été menées avec KIVA II dans une enceinte fermée dans les conditions sans et avec évaporation. Deux paramètres ont été variés : la masse volumique et la pression d'injection. Les pénétrations prédites ont été comparées à des données expérimentales acquises dans une cellule à haute pression et à haute température développée dans le cadre de ce travail. Un sytème 'Common Rail' avec un injecteur piloté électroniquement a été utilisé. Enconsidérant les cas à froid aussi bien qu'à chaud, on a proposé une combinaison des nouveaux modèles qui donnent les meilleurs résultats.
Author: Ziad Chalak
Author: Ziad Chalak
Author: Catherine Aligrot
Author: Charbel Saad
Author: Helena Ramirez Lancheros
Author: 
Author: Alan Keromnes
Author: Ferry Angelino Tap
Author: Hatim Machrafi
Author: GERARD.. FLUZIN
Author: Lothar Lambert