Développement et validation expérimentale de schémas cinétiques pour des mélanges d'hydrocarbures pour une combustion HCCI : étude du processus d'auto-inflammation et application au moteur à combustion interne

par Hatim Machrafi

Thèse de doctorat en Chimie et énergétique

Sous la direction de Siméon Cavadias.

Soutenue en 2007

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Development and experimental validation of kinetic schemes for hydrocarbon mixtures for HCCI applications : investigation of the auto-ignition process and the application to internal combustion engines


  • Résumé

    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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Informations

  • Détails : 1 vol. (406 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 271-303. 360 réf. bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T Paris 6 2007 40
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