Simulation aux grandes échelles de l'injection de carburant liquide dans les moteurs à combustion interne, Large Eddy Simulation of the liquid fuel injection in internal combustion engines

Lionel Martinez

Description

Sous la direction de Bénédicte Cuenot, Adlène Benkenida
Thèse soutenue le 15 septembre 2009: INPT
Les objectifs ambitieux, fixés aux acteurs du secteur automobile par les pouvoirs publics, en matière d'émission de polluants et de gaz à effet de serre rendent aujourd'hui indispensable une compréhension plus fine de la combustion dans les moteurs. La simulation 3D aux grandes échelles (LES) représente une voie prometteuse pour répondre à ces enjeux. Elle permet l'étude de phénomènes transitoires complexes inaccessibles avec des moyens expérimentaux ou des méthodes de calculs traditionnelles de type RANS. Ce travail de thèse est une première étape vers la simulation LES de l'injection de carburant liquide dans les moteurs à piston. Il a consisté à adapter le code de calcul aux particularités physiques de l'injection directe, technologie qui se généralise actuellement à tous les types de moteurs à piston. Dans un premier temps, et afin de s'affranchir du calcul 3D complexe en sortie d'injecteur, une méthodologie originale, consistant à initier le calcul en aval de l'injecteur, est proposée et validée sur différents cas. Pour la simulation 3D, l'approche Eulérienne mésoscopique, à laquelle est ajouté un modèle d'interaction particules-particules, est utilisée pour simuler le spray. Les simulations ont été premièrement validées par comparaison expérimentale dans des conditions proches de l'injection Diesel. De plus, une étude sur la dynamique du spray a permis de mieux comprendre son évolution et de dégager des points communs avec un jet de gaz turbulent. Des simulations complémentaires ont également montré la prédictivité de la LES sur des injections Diesel réalistes. Enfin, un premier calcul moteur à injection directe a été réalisé et a permis de valider les développements réalisés dans le cadre de cette thèse.
-Injection
-Simulation aux grandes échelles (SGE) (LES)
-Injection
-Diesel
-Spray
-Moteur
-Approche Eulérienne Mésoscopique
Car manufacturers are facing increasingly severe regulations on pollutant emissions and fuel consumption. To respect these regulations, a better understanding of combustion processes is needed. Large Eddy Simulation (LES) is becoming a promising tool for such issues as it allows the study of complex unsteady phenomena which can not be analysed with RANS simulations or experiments. The present work is a step towards the LES of liquid injection in piston engines. The numerical code has been adapted to the specifications of Direct Injection which is more and more used in industry. Firstly, in order to avoid the difficulties linked to the 3D simulation of cavitation, primary break-up and turbulence in the near-nozzle region, an original methodology, based on an injector model, has been proposed. The idea is to initiate the spray physics downstream to the injector exit. Then LES 3D simulations of spray have been conducted using the Eulerian Mesoscopic approach extended to dense dispersed sprays by the addition of a particle-particle interactions model. The simulation results have been validated by comparison with experimental data in Diesel conditions with a low injection pressure. Furthermore a study on the spray dynamics has permitted to better understand its development and to find similarities with a turbulent gaseous jet. Additional simulations on realistic Diesel injection conditions have shown the good predictivity of LES in such cases. Finally, a first simulation of a Direct Injection Engine has been been carried out to assess the developments achieved in this work.
-Large Eddy Simulation
-Two-Phase Flow
-Mesoscopic Eulerian Formalism
-Injection
-Diesel
-Spray
Source: http://www.theses.fr/2009INPT008G/document

Sujets

• Moteur

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 35
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Institut Nationnal Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Sciences des Agroressources


Présentée et soutenue par M. Fabien GASC
Le 15 mai 2009

Titre : Synthèse de carbonates de dialkyle à partir d’alcools et de dioxyde de carbone
supercritique

JURY
Mme Sophie THIEBAUD-ROUX……………………………………………………………………………………Directrice de thèse
Mme Françoise QUIGNARD…………………………………………………………………………………………………….Rapporteur
M. Jean-Luc FUGIT…………………………………………………………………………………………………………………Rapporteur
M. Jacques FAGES……………………………………….……………………………………………………………………………..Membre
M. Cyril AYMONIER…………………………………………………………………………………………………………………….Membre
M. Philippe SERP………………………………………………………………………………………………………………………..Membre
M. Zéphirin MOULOUNGUI……………………………………………………………………………………………………………..Invité

Ecole doctorale : Sciences de la Matière
Unité de recherche : Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle - UMR 1010 INRA/INP - ENSIACET,
118 route deNarbonne - 31077 Toulouse CEDEX 4
Directeur(s) de Thèse : Mme Sophie THIEBAUD-ROUX
Rapporteurs : Mme Françoise QUIGNARD - M. Jean-Luc FUGIT

 







A ma famille, qu’elle soit toujours avec nous physiquement ou non…
A toi mon cœur.

«La Terre n’appartient pas à l’homme, c’est l’homme qui appartient à la Terre.»
Sitting Bull




















Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier Marie-Élisabeth Borredon pour m’avoir accueilli au sein du
Laboratoire de Chimie Agro-industrielle et pour m’avoir offert l’opportunité d’effectuer cette
thèse. Merci de m’avoir accordé votre confiance et de m’avoir soutenu tout au long de cette
période.

Un grand merci à ma directrice de thèse, Mme Sophie Thiebaud-Roux pour son encadrement
et son soutien tout au long de ma thèse. Même si nous n’avons pas toujours été d’accord
durant ces 3 ans et demi, notre relation est toujours restée très cordiale et professionnelle.

Je remercie mes rapporteurs, Mme Françoise Guignard et M. Jean-Luc Fugit, d’avoir accepté
de rapporter ce travail et pour leur remarques constructives apportées sur ce travail.

Un grand merci au Pr. Jacques Fages d’avoir accepté de présider le jury de cette thèse. Je tiens
aussi à vous remercier tout particulièrement, et à travers vous à remercier Elizabeth Rodier et
Jean-Jacques Letourneau, ainsi que tout le personnel du laboratoire, pour l’accueil que vous
nous avez réservé à l’EMAC au début de cette thèse. Vos connaissances ainsi que votre savoir
faire en matière de fluide supercritique m’ont été d’un apport considérable pour mener à bien
ces travaux.

Je remercie tout le personnel du Laboratoire de Chimie Agro-industrielle, sans qui ce travail
de thèse n’aurait pas pu être mené à bien. Merci pour votre accueil, votre aide, vos conseils,
vos soutiens, vos coups de mains, votre écoute. Parmi tous les membres du personnel, je tiens
plus particulièrement à remercier Michel, pour sa disponibilité quotidienne, sa capacité à
résoudre les problèmes quels qu’ils soient et sa bonne humeur avec son fabinou, Karine pour
sa bonne humeur et sa capacité à faire passer les bons de commande rapidement, Emmanuelle
et Didier pour leur disponibilité, Muriel, Laure, Géraldine et Jérôme pour leur disponibilité et
leurs réponses lors des problèmes analytiques. Merci à vous et à tous les autres.

Merci aussi à tous les thésards, passés et présents, qui ont contribués au maintient d’une très
bonne ambiance durant ces trois années et demies. Le travail a toujours été accompli dans une ambiance chaleureuse, amicale mais aussi professionnelle et cela grâce à la particularité de
chacun : la sagesse et le professionnalisme de Philippe E. et Laurent (merci Philippe de
m’avoir accompagné pendant longtemps tous les matins à 7 heure au laboratoire), le calme et
la rigueur d’Aurélie et de Florina ou encore la folie et les délires de Philippe M..

Au-delà de toutes ces personnes à remercier, il y a un certain nombre de personnes qui ont
encore plus compté durant ces 42 mois. Que ce soit des thésards qui m’ont intégré à l’époque
en me mettant un pied dans le navire, ou des compagnons de thèse, embarqués avec moi pour
3 années de traversés, ou encore des matelots qui ont pris le trajet en cours de route, tous sont
devenus bien plus que des collègues de travail. Et je suis persuadé que nos chemins se
recroiseront dans le futur, ne serait-ce que pour fêter de grandes et belles choses. A vous tous
et toutes, Emilie, Lupita, Julien, Delphine, Olivier, Matthieu, je vous remercie sincèrement
pour tout ce que vous avez pu faire pour moi.
Et je ne pourrais pas terminer de remercier mes collègues thésards, sans te remercier toi,
Mathieu. Parce qu’on a fait le même Master chimie Option chimie-biologie, sans jamais se
voir en cour, nous nous sommes découvert au laboratoire. Puis d’étranger, nous sommes
devenus des collègues, puis des copains, pour devenir une des plus belles choses, des amis.
Alors merci pour tout ce que tu as fait, tout ce que tu as été et à très bientôt.

Merci aussi à toutes celles et ceux qui m’ont supporté pendant cette période. Je pense bien
entendu à mes amis, mais aussi à tous ceux avec qui j’ai joué au rugby à Balma et qui m’ont
permis de m’investir dans autre chose que ma thèse.

Enfin, j’adresse plus particulièrement un grand merci à toute ma famille : ma grand-mère, ma
mère, mon père, ma sœur, mon frère, ma belle-sœur, mon beauf’, mes oncles et tantes, pour
leur aide et leur présence de tous les instants. Je vous aime tous très fort, merci.

Pour terminer, je tiens à te remercier à toi, Christelle, pour tout ce que tu es et tout ce que tu
m’apporte quotidiennement. Tu m’as toujours soutenu, encouragé, aidé, et surtout toujours
fait confiance. Je ne peux pas faire la somme de tout ce que tu m’apportes tous les jours, mais
j’espère sincèrement pouvoir t’en apporter autant, et que ça dure le plus longtemps possible.
Merci mon amour. SOMMAIRE

INTRODUCTION................................................................................................................................. 9
CHAPITRE I : METHODES DE PREPARATION DE CARBONATES DE DIALKYLE A
PARTIR D’ALCOOLS : UNE METHODE DE SEQUESTRATION DU CO ............................ 13 2
I. CONTEXTE DE L’ETUDE.................................................................................................