Construction et validation de modèles cinétiques détaillés pour la combustion de mélanges modèles des essences

par Sylvain Touchard

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Frédérique Battin-Leclerc.

Soutenue en 2005

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    La diminution inéluctable des ressources pétrolières, le contrôle des émissions de CO2 et l'application de normes d'émission de polluants de plus en plus sévères conduisent les chercheurs à travers le monde à travailler sur la formulation des carburants et à l' amélioration des rendements des moteurs, grâce notamment à la combustion homogène en mélange pauvre. La simulation numérique constitue un outil indispensable pour étudier à partir de mélanges représentatifs des carburants l'influence de leur formulation et des conditions moteurs sur la qualité de l'auto-inflammation et sur les émissions de polluants. La génération automatique facilite beaucoup l' btention de modèles cinétiques détaillés, particulièrement à basse température, où le nombre de réactions dépasse rapidement le millier. L'objectif majeur de cette étude est la génération et la validation de modèles d'oxydation de mélanges représentatifs des essences à l'aide du logiciel EXGAS. Ce travail a nécessité une amélioration préalable des règles de calcul des données thermodynamiques des espèces et des constantes cinétiques de certaines réactions élémentaires, puis leur validation par simulationsnumériques à l'aide des logiciels de CHEMKIN II. L'étude des réactions d'oxydation à basse température des alcènes contenant 5 atomes de carbone et plus a constitué une part importante de ce travail. Des modèles de basse et haute température ont été proposés et validés pour l'oxydation du 1-pentène, du 1-hexène, des mélanges binaires 1-hexène/iso-octane, 1-hexène/toluène, iso-octane/toluène et du mélange ternaire 1-hexène/toluène/iso-octane. Des simulations ont été aussi réalisées pour le propène, le 1-butène et l'iso-octane, en incluant dans les modèles préexistants les modifications proposées au cours de ce travail. Si les modèles générés ont permis de simuler avec un bon accord les délais d'auto-inflammation pour les molécules et les mélanges étudiés, nbil reste néanmoins des incertitudes sur les voies de formation de certains produits de combustion à basse température comme les éthers cycliques dans le cas de l'oxydation des alcènes. Il faudrait aussi poursuivre la génération et la validation de modèles pour l' oxydation de mélanges représentatifs des essences à basse température.

  • Titre traduit

    Construction and validation of detailled kinetic models for the combustion of gasoline surrogates


  • Résumé

    The irreversible reduction of oil resources, the CO2 emission control and the application of increasingly strict standards of pollutants emission lead the worldwide researchers to work to reduce the pollutants formation and to improve the engine yields, especially by using homogenous charge combustion of lean mixtures. The numerical simulation of fuel blends oxidation is an essential tool to study the influence of fuel formulation and motor conditions on auto-ignition and on pollutants emissions. The automatic generation helps to obtain detailed kinetic models, especially at low temperature, where the number of reactions quickly exceeds thousand. The main purpose of this study is the generation and the validation of detailed kinetic models for the oxidation of gasoline blends using the EXGAS software. This work has implied an improvement of computation rules for thermodynamic and kinetic data, those were validated by numerical simulation using CHEMKIN II softwares. A large part of this work has concerned the understanding of the low temperature oxidation chemistry of the C5 and larger alkenes. Low and high temperature mechanisms were proposed and validated for 1-pentene, 1-hexene, the binary mixtures containing 1-hexene/iso-octane, 1-hexene/toluene, iso-octane/toluene and the ternary mixture of 1-hexene/toluene/ so-octane. Simulations were also done for propene, 1-butene and iso-octane with former models including the modifications proposed in this PhD work. If the generated models allowed us to simulate with a good agreement the autoignition delays of the studied molecules and blends, some uncertainties still remains for some reaction paths leading to the formation of cyclic combustion products in the case of alkenes oxidation at low temperature. It would be also interesting to carry on the work about generation and validation of combustion models for gasoline blends at low temperature.

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Informations

  • Détails : 2 vol. (197, 59 p.-[51] f. de pl.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-197

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005 TOUCHARD S. 1
  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005 TOUCHARD S. 2
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