Modélisation des jets d'injection haute pression des moteurs diesel et validation expérimentale

par Lothar Lambert

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Sébastien Candel.


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Modelling of high pressure Diesel sprays and experimental validation


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  • Détails : 1 vol. (259 p.)

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