Étude expérimentale de la compression d'un écoulement de rouleau : situation modèle de l'aérodynamique interne des moteurs à pistons

par Daniel Marc

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Jacques Borée.

Soutenue en 1998

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Cette étude a été motivée par la nécessité d'améliorer la connaissance et la maîtrise de l'aérodynamique interne des moteurs. Les enjeux sont grands, car les émissions et les rendements sont étroitement liés aux phénomènes de mélange macroscopique et microscopique dans le cylindre. On s'intéresse dans cette étude expérimentale, à un type d'écoulement particulier appelé rouleau. Généré à l'admission par le recul du piston, cet écoulement tourbillonnaire a comme principale caractéristique d'être perpendiculaire à l'axe du cylindre. Déstabilisé durant la compression, il évolue vers un régime pleinement turbulent au point mort haut. Ce travail a été mené à partir d'une expérimentation modèle : cylindre de section carrée, ce qui permet d'assurer un caractère bidimensionnel à l'écoulement en fin d'admission. De rapport volumétrique de compression nominal de 10, il offre de larges accès pour l'utilisation de moyens de diagnostic optique. Des résultats et des interprétations basés sur des mesures par ADL, PIV, et PIV rapide, nous ont permis d'une part, de suivre la structure de l'écoulement sur un cycle et de proposer un scénario de son processus de rupture. Nous montrons en particulier l'importance du confinement et la possibilité de développement d'instabilité elliptique sur l'axe du tourbillon. Au travers d'une analyse statistique des données, nous caractérisons de façon détaillée l'écoulement en terme de vorticité, de taux de rouleau et quantifions l'importance des variations cycle à cycle. Les fluctuations sont principalement amplifiées par le cisaillement produit par l'interaction du tourbillon avec les décollements qu'il induit aux parois. La déstabilisation du rouleau suivant son axe constitue également une source importante de fluctuations et se traduit par un transfert important de l'énergie cinétique moyenne vers une turbulence tridimensionnelle. L'intensité de turbulence est maximum à 40ʿ du vilebrequin avant le point mort haut puis chute rapidement. Les échelles intégrales longitudinales correspondent au 1/3 de la hauteur du volume mort à la fin de la compression


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Informations

  • Détails : 189 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 183-189

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 98INPT013H/1
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