Modélisation des oxydes d'azote et des suies dans les moteurs Diesel,

par Pauline Vervisch

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Nasser Darabiha.

Le président du jury était Fabian Mauss.

Le jury était composé de Nasser Darabiha, Christine Mounaïm-Rousselle, Bénédicte Cuenot, Gladys Moréac, Olivier Colin.

Les rapporteurs étaient Christine Mounaïm-Rousselle, Bénédicte Cuenot.


  • Résumé

    Les réglementations européennes étant de plus en plus restrictives en ce qui concerne les émissions de polluants et plus particulièrement les émissions d'oxydes d'azote (NOx) et de suies, l'objectif de ce travail est de fournir des outils de modélisation permettant l'analyse des mécanismes de réduction de ces émissions à la source, c'est-à-dire au niveau de la chambre de combustion. Dans un premier temps, un modèle de tabulation pour la prédiction des oxydes d'azote a été développé. Ce modèle (appelé NORA: NO Relaxation Approach) repose sur une méthode de perturbation d'état d'équilibre et présente l'avantage d'être simple d'utilisation, robuste et totalement indépendant du modèle de combustion turbulente. L'utilisation du modèle NORA permet une amélioration significative des résultats par rapport à une résolution directe du mécanisme de Zel'dovich couplé à une cinétique réduite. Dans un second temps, le travail a porté sur la modélisation des suies avec comme objectif la prédiction des suies en terme de masse et de distribution en taille de particules (PSDF: Particle Size Distribution Function). La méthode sectionnelle a tout d'abord été implémentée dans un solveur de flamme 1-D et validée par rapport à des données expérimentales en flammes laminaires d'éthylène. La question du couplage du modèle de suies avec un modèle de combustion turbulente a ensuite été posée. Ce travail montre que le couplage entre la phase gazeuse et la phase solide n'est pas négligeable. Un premier modèle de combustion mixte (appelé MTKS) utilisant une méthode tabulée et un solveur de chimie détaillé dans les gaz brûlés a été couplé au modèle de suies. L'approche MTKS a été testée dans des réacteurs hétérogènes à volume variable et les résultats sont encourageants.

  • Titre traduit

    Soot and NOx modeling dedicated to Diesel engine


  • Résumé

    European rules are more and more restrictive concerning pollutants emissions. This work deals with the modeling of NOx and soot particles. The final aim is to provide modeling tools in order to analyse the mechanismes leading to reduce these emissions in the combustion chamber. First, a tabulated NO prediction model has been developed. This model (called NORA: NO Relaxation Approach) is based on equilibrium state perturbation method. NORA is simple to use, robust and totally independent of the turbulent combustion model. The use of the NORA allows a significative improvement of the results compared to the direct resolution of the Zel'dovich mechanism with a reduce chemistry. In a second part, this work deals with soot predictions with the final aim the prediction of the soot volume fraction and the particle size distribution function (PSDF). The sectional method approach was first implemented in a 1-D flame solver and validated against experimental flames data. The question of the coupling between the soot sectional model and a turbulent combustion model has been addressed. Studies show that the coupling between gaseous and solid phase is non-negligible. A first mixed combustion model (called MTKS) using a tabulated method and a kinetic solver in the burned gases has been coupled to the soot sectional model. The MTKS approach has been tested in heterogeneous variable volume reactors and results are promising.


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