Etude expérimentale et modélisation cinétique de l'oxydation, l'auto-inflammation et la combustion de carburants Diesel et bio-Diesel

par Helena Ramirez Lancheros

Thèse de doctorat en Cinétique chimique appliquée à la combustion

Sous la direction de Philippe Dagaut.

Le président du jury était Céline Morin.

Le jury était composé de Philippe Dagaut, Céline Morin, Daniel Puechberty, Jean-François Pauwels, Nabiha Chaumeix, Guillaume Dayma, Gladys Moreac-Njeim, Paul Roth.

Les rapporteurs étaient Daniel Puechberty, Jean-François Pauwels.


  • Résumé

    L'oxydation d'un gazole commercial et d’un gazole modèle (70% n-décane/30% 1-méthylnaphtalène en mol), ainsi que l’oxydation d’un carburant B30 « réel » (30% EMHV en vol.) et d’un B30 modèle (49% de n-décane, 21% de 1-méthylnaphtalène et 30% d'octanoate de méthyle en mole), a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux, un tube à choc et une bombe sphérique. Les études ont été effectuées dans un réacteur auto-agité en silice fondue, dans les mêmes conditions expérimentales initiales (560-1030 K, à 6 et 10 bar, à des richesses allant de 0,25 à 1,5). Les résultats de cette série d'expériences sont constitués de profils de concentration des espèces intermédiaires stables et des produits de combustion mesurés en fonction de la température, après prélèvement à basse pression par une sonde sonique, par infrarouge et par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats obtenus avec les « carburants réels » ainsi qu’avec les carburants modèles (gazole et B30) ont été comparés, montrant que les carburants modèles sont d’excellents substituts simplifiés pour les « carburants réels » gazole et B30. Nous avons mesuré des délais d’auto-inflammation du carburant modèle B30 dans un tube à choc à haute pression dans une large gamme de conditions expérimentales (20 et 40 bar, intervalle de richesse de 0.5 à 1.5, et températures allant de 700 à 1200 K). Les vitesses fondamentales de flammes de 1-méthylnaphtalène, de l’octanoate de méthyle, et des carburants modèles gazole et B30 ont été mesurées dans une bombe sphérique, sous différentes conditions expérimentales (une pression initiale de 1 et 4 bar, une température initiale de 423K et une large gamme de richesses). Un mécanisme détaillé a été développé, validé, puis été réduit. Il prédit raisonnablement les données expérimentales obtenues en bombe sphérique dans cette étude.

  • Titre traduit

    Expérimental and et modeling study of the kinetics of oxidation, ignition and combustion of Diesel and biodiesel fuels


  • Résumé

    The oxidation of a commercial Diesel fuel and a Diesel surrogate fuel (70% n-decane/30% 1-methylnaphthalene in mole), a commercial B30 biodiesel fuel (30% FAME by vol.), and a B30biodiesel surrogate fuel (49% n-decane, 21% 1-methylnaphthalene and 30% methyl octanoate, inmole) was studied using a jet-stirred reactor, a shock tube, and a spherical bomb. Experiments were performed in a fused-silica jet-stirred reactor under the same initial conditions (560–1030 K, 6 and 10 bar, equivalence ratios of 0.25–1.5). The results of this series of experiments consisted of concentration profiles of reactants, stable intermediates and products measured as a function of temperature by low-pressure probe sampling followed by Fourier transform infrared absorption spectrometry and gas chromatography analyses. The results obtained with the commercial and surrogate mixtures (diesel and B30 fuel) were compared with each other, showing that the fuel surrogates are excellent and simple fuel representatives. Ignition delay times of B30 surrogate fuels were measured in a high-pressure shock tube over a wide range of experimental conditions (pressures of 20 and 40 bar, equivalence ratios in the range 0.5–1.5, and temperatures ranging from 700 to 1200 K). Laminar flame speeds of 1-methylnaphthalene, methyl octanoate, Diesel surrogate (70% n-decane and 21% 1-methylnaphthalene in mole) and a B30 bio-Diesel surrogate have been investigated in a stainless steel spherical bomb under different experimental conditions (pressures of 1 and 4 bar, a temperature of 423K and a wide equivalence ratios range). A detailed chemical kinetic mechanism was developed, validated and reduced. It predicts reasonably well the present experimental result.


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