Développement de diagnostics expérimentaux quantitatifs pour la caractérisation des feux de nappe dans un moteur à combustion interne

par Kamal Shway Shway

Projet de thèse en Combustion

Sous la direction de Gilles Bruneaux et de Michele Bardi.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec l'Université de Duisburg et Essen (Campus Duisburg) , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec IFPEN / Mobilité et Systèmes (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 19-11-2018 .


  • Résumé

    L'introduction des systèmes à injection directe dans les moteurs à essence a considérablement amélioré leur efficacité, mais elle a entraîné une augmentation significative des émissions de nanoparticules. Pour s'adapter à la nouvelle réglementation des moteurs et pour améliorer leur efficacité et leur performance, les constructeurs des moteurs doivent comprendre parfaitement les mécanismes responsables de la formation de nanoparticules dans les moteurs essence à injection directe. En injection directe, l'impact du spray sur les parois de la chambre de combustion provoque la formation d'un film mince du carburant liquide. Si le film liquide n'est pas évaporé au moment de la combustion, il brûlera selon un mode de combustion appelé feu de nappe. Ce mode de combustion est considéré l'une des causes principales responsables des émissions de nanoparticules dans les moteurs essence à injection directe. Cette thèse vise à mettre en place une expérience dans un environnement simplifié pour comprendre comment contrôler ou atténuer la formation de nanoparticules dans ce mode de combustion. Les données acquises au cours des expériences constitueront une base de données unique pour le développement des moteurs et la validation des modèles CFD. Les expériences se dérouleront dans une chambre de combustion optiquement accessible et reposeront principalement sur des diagnostics optiques. Les défis scientifiques de la présente thèse suivent deux axes principaux. Le premier est consacré au développement de diagnostics optiques spécifiques en appliquant la fluorescence induite par laser et l'extinction 2D. Les diagnostics, déjà maîtrisés par IFPEn pour d'autres applications, nécessitent un développement spécifique pour l'étude des feux de nappe. Dans cette phase, la collaboration entre IFPEn avec le laboratoire IVG de l'Université de Duisburg Essen donne la possibilité d'aller plus loin dans la compréhension et la quantification des incertitudes des résultats obtenus. Le deuxième axe vise à acquérir une compréhension fondamentale des paramètres physico-chimiques contrôlant les feux en nappe. Le doctorat est réalisé en cotutelle entre IFPEN et l'Université de Duisburg Essen.

  • Titre traduit

    Development of quantitative experimental diagnostics for the characterization of pool fires at engine like conditions


  • Résumé

    The introduction of direct injection systems in gasoline engines (GDI) enhanced significantly their efficiency, but costs a significant increase in nanoparticles emissions. To face new engine regulations and to keep improving efficiency and performances, engine manufacturers need to fully understand the mechanisms behind nanoparticles formation in GDI engines. In GDI, the impingement of the spray on the walls of the combustion chamber causes the formation of a thin film of liquid fuel. If the liquid film is not evaporated at the moment of the combustion, it will burn in a specific combustion mode called pool fire. This combustion mode is considered one of the main responsible for the nanoparticles emissions in GDI engines. This thesis aims at putting in place an experiment in a simplified environment to understand how to control or mitigate nanoparticle formation in this combustion mode. The data acquired in the experiments will constitute a unique database for engine development and computational model validation. The experiments will take place in an optically accessible combustion chamber and will rely principally on optical diagnostics. The worldwide recognized expertise of IFPEn and IVG in optical diagnostics and the state of the art laboratories are a privileged starting point for this research subject. The scientific challenges of the present thesis follow two main axes. The first is devoted to the development of specific optical diagnostics, namely, laser induced fluorescence and 2D-extinction. The diagnostics, already mastered at IFPEn for other applications, need a specific development for the study of pool fires. In this phase, the collaboration with the IVG laboratory of the University of Duisburg Essen, give the possibility of going further in the understanding and uncertainty quantification of the results obtained. The second axis aims at gaining on fundamental understanding on the physical-chemical parameters controlling pool fires. The PhD is carried out in collaboration between IFPEN and the University of Duisburg Essen.