Développement d'une modélisation phénoménologique de chambres de combustion de moteurs à piston par réduction de modèle physique 3D dans la perspective d'une intégration dans un outil de simulation système PDF Download
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Author: Gilles Mauviot
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 311
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Book Description
De nos jours, les simulateurs sont communément utilisés dans les cycle de développement des moteurs modernes. Au sein de ces simulateurs, on a besoin de développer des modèles de combustion de plus en plus prédictifs avec des coûts CPU toujours réduits. Dans ce manuscrit, on décrit la mise en place d'un nouveau modèle de combustion construit à partir d'outils provenant de la modélisation tridimensionnelle. La particularité du modèle proposé ici réside principalement en deux points. Premièrement, on introduit une fonction à densité de probabilité présumée afin de caractériser une zone de combustion stratifiée en richesse. Deuxièmement, on couple cette approche avec l'utilisation d'un réacteur de chimie complexe tabulé afin de modéliser les phénomènes de flamme froide caractéristiques de modes de combustion particuliers. Le modèle de combustion est associé à un modèle de spray dont la principale fonction est de définir un volume de contrôle dans lequel prend place la combustion.
Author: Gilles Mauviot
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 311
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Book Description
De nos jours, les simulateurs sont communément utilisés dans les cycle de développement des moteurs modernes. Au sein de ces simulateurs, on a besoin de développer des modèles de combustion de plus en plus prédictifs avec des coûts CPU toujours réduits. Dans ce manuscrit, on décrit la mise en place d'un nouveau modèle de combustion construit à partir d'outils provenant de la modélisation tridimensionnelle. La particularité du modèle proposé ici réside principalement en deux points. Premièrement, on introduit une fonction à densité de probabilité présumée afin de caractériser une zone de combustion stratifiée en richesse. Deuxièmement, on couple cette approche avec l'utilisation d'un réacteur de chimie complexe tabulé afin de modéliser les phénomènes de flamme froide caractéristiques de modes de combustion particuliers. Le modèle de combustion est associé à un modèle de spray dont la principale fonction est de définir un volume de contrôle dans lequel prend place la combustion.
Author: Olivier Grondin
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 214
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Book Description
Le travail de cette thèse a pour objet la modélisation du moteur à allumage par compression pour le contrôle et le diagnostic. Le moteur Diesel est le moteur à combustion interne le plus performant et l'un des plus propres grâce aux actionneurs modernes. Cependant, les normes anti-pollutions sont de plus en plus strictes et, aujourd’hui, la réduction des émissions nocives dépend en partie des stratégies de commande des actionneurs. C’est pourquoi, les modèles sont devenus indispensables à chaque étape du développement du contrôle moteur : synthèse des algorithmes de commande, simulation et validation. Le système considéré est un moteur Diesel six cylindres à injection directe équipé d’un turbocompresseur. Le modèle développé repose sur des lois physiques pour les cylindres, les collecteurs, le turbocompresseur et le vilebrequin. Des lois empiriques ont été choisies pour la modélisation de la combustion et des transferts thermiques afin de réduire le temps de simulation. Le modèle, programmé en langage C dans l’environnement Matlab-Simulink, est capable de prédire l’évolution des variables utiles au contrôle moteur au degré vilebrequin. Les résultats sont conformes à ceux obtenus à l’aide d’un code de calcul industriel et ils sont représentatifs des mesures réalisées sur le banc moteur expérimental. Le modèle a ensuite été implanté sur un calculateur puissant nous permettant de disposer d’un simulateur adapté aux applications temps réel. Une partie de cette étude a aussi été consacrée à la modélisation du processus de combustion à l’aide d’un modèle de représentation non linéaire : le modèle NARMAX. L’objectif est de construite un modèle capable de prédire l’évolution de la pression cylindre en exploitant d’autres mesures disponibles sur un moteur. Les coefficients du modèle NARMAX ont été identifiés directement à partir des mesures des entrées et des sorties du système. Ce type de modèle présente l’avantage d’être moins coûteux en terme de temps de calcul par rapport aux modèles physiques. Les résultats sont encourageants et montrent que l’utilisation du régime instantané comme variable d’entrée principale du modèle permet de reproduire l’allure de la pression cylindre dans le cas d’une combustion précoce.
Author: Guanqin Ma
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
Dans le cadre de la réduction des émissions polluantes et de la consommation de carburant des moteurs à combustion interne, ces dernières années ont vu le développement de modes de combustion à allumage par compression partiellement prémélangés (LTC, PCCI,..) pour lesquels la cinétique chimique joue un rôle important. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire vise à développer un modèle phénoménologique 1D multizone de combustion Diesel, basé sur un modèle de spray évolué et intégrant différents niveaux de description de la cinétique chimique. L’étude bibliographique réalise un aperçu sur la physique de combustion Diesel et sa modélisation, où l’accent est mis sur les modèles phénoménologiques existants à ce jour. Le modèle élaboré est basé sur la modélisation de spray 1D transitoire de Musculus et al., à laquelle de nombreux développements et améliorations sont apportés, pour passer d’un spray inerte en milieu infini à un spray vaporisant puis brûlant en milieu confiné. Plusieurs approches du calcul de taux de réaction sont envisagées, allant jusqu’à la résolution d’un mécanisme chimique détaillé avec CHEMKIN. Le modèle permet d'analyser l'évolution d'un spray Diesel pendant toute la durée du processus de combustion, de calculer non seulement les paramètres globaux comme la pénétration, l'angle de spray, le délai d’inflammation, la pression et le taux de dégagement de chaleur, mais aussi les paramètres locaux, comme la température et la composition de chaque zone. Ce modèle est tout d’abord confronté à des résultats expérimentaux obtenus dans un réacteur à volume constant(base de données «Engine Combustion Network»).. Il permet de retrouver qualitativement les différentes phases de la combustion (délai, combustion de pré mélange puis établissement d’une flamme de diffusion). L’influence des paramètres du modèle est analysée puis il est confronté à des résultats expérimentaux de sensibilité à la fraction d’O2 et à la température ambiante. Le modèle est ensuite utilisé pour simuler le déroulement de la combustion dans le cas d’un moteur Diesel automobile, avec une chambre à volume variable et des interactions spray / paroi. Là encore, l’influence des quelques paramètres du modèle est étudiée, puis les résultats sont comparés avec des données expérimentales dans de nombreuses configurations impliquant les principaux paramètres de réglage : injection simple ou utilisation d’une injection pilote, pression d’injection, pression de suralimentation, taux d’EGR... Finalement, le modèle développé permet de retrouver des tendances qualitatives, avec un accord quantitatif plus ou moins correct selon les cas et un nombre de paramètres de réglage très restreint.
Author: Thierry Baritaud
Publisher: Editions TECHNIP
ISBN: 9782710807711
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 212
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Book Description
With an increasingly challenging commercial environment, and the need imposed by safety principles to reduce both fuel consumption and pollutant emissions, the development of new engines can now benefit from the advances of computational fluid dynamics. Engine CFD is a most challenging simulation problem. This is caused by the spread of time and space scales, the excursion amplitude of most parameters, the high quasi-cyclic unstationarity of engine flows, the importance of minor geometry details, the number of physical and chemical processes including turbulent combustion and multi-phase flows to model. However, engine CFD has now reached a state where it has become a widely used tool, not only for engine understanding, but also increasingly for engine design. Undoubtedly, laser diagnostics in optical access engines have also brought significant help.Contents: 1. State of the art of multi-dimensional modeling of engine reacting flows. 2. Simulation of the intake and compression strokes of a motored 4-valve SI engine with a finite element code. 3. A parallel, unstructured-mesh methodology for device-scale combustion calculations. 4. Large-eddy simulation of in-cylinder flows. 5. Simulation of engine internal flows using digital physics. 6. Automatic block decomposition of parametrically changing volumes. 7. Developments in spray modeling in diesel and direct-injection gasoline engines. 8. Cyto-fluid dynamic theory of atomization processes. 9. Influence of the wall temperature on the mixture preparation in DI gasoline engines. 10. Simulation of cavitating flows in diesel injectors. 11. Recent developments in simulations of internal flows in high pressure swirl injectors. 12. 3D simulation of DI diesel combustion and pollutant formation using a two-component reference fuel. 13. Modeling of NOx and soot formation in diesel combustion. 14. Multi-dimensional modeling of combustion and pollutants formation of new technology light duty diesel engines. 15. 3D modeling of combustion for DI-SI engines. 16. Combustion modeling with the G-equation. 17. Multi-dimensional modeling of the aerodynamic and combustion in diesel engines. 18. CFD aided development of a SI-DI engine. 19. CFD engine applications at FIAT research centre. 20. Application of a detailed emission model for heavy duty diesel engine simulations. 21. CFD based shape optimization of IC engine.
Author: Yohan Blacodon
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Languages : en
Pages : 269
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Book Description
La simulation numérique de l'aérodynamique interne des chambres de combustion de moteurs automobiles est caractérisée par des déplacements complexes d'éléments mobiles (piston, soupapes d'admission et d'échappement,...) et par de fortes variations volumétriques, qui causent régulièrement des problèmes numériques avec les méthodes classiques utilisant des maillages du domaine de calcul. Avec ces méthodes (EF, VF), qui utilisent des éléments polyhèdriques (hexahèdres, tétrahèdres, prismes,...), il est nécessaire de changer périodiquement le maillage, afin de s'adapter à la nouvelle géométrie. Cette étape de remaillage est très fastidieuse et coûteuse en terme de temps ingénieur et peut réduire la précision des calculs numériques par un excès de viscosité numérique produite durant le processus d'interpolation des variables, d'un maillage à un autre. Récemment, la communauté des chercheurs a renouvelé son intérêt pour le développement d'une génération de méthodes numériques permettant de s'abroger des problèmes rencontrés avec les méthodes classiques. A travers la large variété de méthodes innovantes sans maillage, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), semble être la plus adaptée à la modélisation de la dynamique des fluides, qui est généralement la plus étudiée. La méthode SPH est utilisée dans divers domaines, tels que l'astrophysique, l'hydrodynamique, la mécanique des solides,... mais à nôtre connaissance il n'existe pas à ce jour de code SPH dédié à l'aérodynamique interne des moteurs à combustion, ou à des écoulements fortement compressible en milieu confiné. Ainsi une évaluation, plusieurs développements et divers tests numériques sont nécessaires afin de pouvoir juger de l'efficacité de la méthode SPH lorsqu'elle est confrontée à ce genre de problématiques. Le but de ce travail de thèse est de valider, à travers divers développement et applications, la méthode SPH pour des problèmes traitant des écoulements compressibles et turbulents. Ainsi, partant du code SPH tridimensionnel quasi-incompressible, nommé SPARTACUS-3D, et initialement développé à EDF (France), l'objectif de la présente thèse est de modifier ce code afin d'être capable de réaliser des simulations d'écoulements compressibles et turbulents caractéristiques des écoulements présents en chambres de combustion de moteurs automobiles.
Author: Simon Le guen
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Du fait du durcissement des normes en matière d'émissions polluantes et de gaz à effet de serre, les constructeurs automobiles développent des groupes motopropulseurs toujours plus sophistiqués et mettent au point des stratégies de contrôle moteur avancées. Dans ce contexte, les outils de simulation interviennent à toutes les étapes du processus de développement d'un moteur. Il est donc nécessaire de posséder des modèles à la fois fiables et simples d'utilisation. Les transferts thermiques entre les gaz et les parois de la chambre de combustion influencent des postes clés tels que la consommation et les émissions polluantes. Néanmoins ceux-ci sont difficiles à modéliser du fait de la complexité associée à leur caractérisation expérimentale. Au cours du travail de thèse, une instrumentation spécifique permettant de mesurer directement le flux de chaleur aux parois des chambres de combustion des moteurs à piston a été développée. Les mesures spécifiques réalisées dans différentes conditions de fonctionnement sont combinées à des mesures standards afin de d'étudier les phénomènes gouvernant le transfert de chaleur. Ces résultats sont utilisés pour comparer les principaux modèles zéro-dimensionnels provenant de la littérature et les différentes méthodes de calibration disponibles. Leur précision ainsi que leur prédictivité sont évaluées et des modifications sont proposées.
Author: Bruno Dillies
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Languages : fr
Pages : 245
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Book Description
Depuis quelques années, des nouvelles méthodes sont apparues pour la mise au point et l'optimisation des chambres de combustion des moteurs d'automobile. Pour compléter les essais au banc moteur de nouvelles motorisations, la simulation numérique des écoulements est ainsi un outil de plus en plus utilise dans le milieu industriel. La thèse porte sur le développement et la validation par l'expérience d'un modèle de calcul de la combustion dans les moteurs diesel. Apres un passage en revue des différentes approches possibles (chapitre 1) de la modélisation de la combustion turbulente, la formulation retenue est présentée. La modélisation adoptée est une formulation dérivée des travaux de Marble et Broadwell (1977) sur le modèle de flamme cohérente. Ce modèle permet de traiter le problème de la modélisation par trois étapes: la modélisation de l'écoulement turbulent (approche k-Ɛ, le calcul des effets cinétiques locaux dans le front de flamme et enfin le calcul du taux de réaction moyen (par l'équation d'évolution de la densité de surface de flamme). Les chapitres suivants sont consacrés d'une part à des aspects théoriques du modèle de flamme cohérente, d'autre part à une application du modèle à la combustion de jets diesel. Le chapitre 2 traite ainsi le cas d'une flamme turbulente de prémélange enflammée par des gaz brules à grande vitesse (flamme pilote de l'ONERA). Des évolutions du modèle ont été testées, en particulier sur la prise en compte de l'effet de l'étirement du front de flamme par l'écoulement moyen et la stabilisation de la flamme par les gaz brûlés. L'implantation de l'équation de densité de surface de flamme dans le code industriel KIVA2 GSM est abordée dans le chapitre 3, dans le cas de la propagation d'une flamme de prémélange dans une chambre de volume constant. Dans le chapitre 4, le modèle de flamme cohérente a trois équations appliqué à la combustion dans les moteurs diesel est décrit en détail, avec en particulier le couplage au modèle de jet diphasique. Le modèle est testé dans le cas de l'inflammation et de la combustion d'un jet de combustible dans une chambre de volume constant. Dans le dernier chapitre, le modèle est appliqué au calcul d'un moteur diesel à injection directe à accès optiques. Les résultats sont comparés avec ceux de la base de données comprenant des grandeurs globales (pression moyenne,) pour plusieurs points de fonctionnement et des grandeurs locales (pénétration du jet dans la chambre de combustion). En dernier lieu, les perspectives de ce travail de recherche sont évoquées: évolutions du modèle de flamme cohérente (équation de densité de surface de flamme, méthodes LES), modélisation et validation plus détaillée des phénomènes d'injection diphasique
Author: Nicolas Bordet
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Cette thèse porte sur la modélisation 0D/1D de la combustion Diesel dans les moteurs récents. L'objectif est d'augmenter la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés afin d'utiliser la simulation comme un outil dédié à la mise au point. Dans une première partie, le développement d'un modèle 0D orienté simulation système est présenté. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques se déroulant dans la chambre de combustion confère au modèle un niveau de prédictivité conséquent. Un nouveau modèle de combustion de prémélange est proposé, permettant une modélisation détaillée des combustions fortement diluées et des combustions relatives aux injections précoces. Une approche innovante permettant de quantifier les interactions entre les jets pour la multi injection est également proposée. Après calibration sur un nombre restreint d'essais moteur, les résultats du modèle global sont comparés à des mesures expérimentales pour toute la plage de fonctionnement du moteur. La seconde partie de ce travail porte sur la modélisation 1D de la combustion Diesel. Un modèle de jet Diesel est d'abord développé et validé sur des mesures expérimentales. Ce modèle est ensuite étendu à des conditions réactionnelles à l'aide d'un couplage avec un modèle de combustion. Ce dernier s'appuie sur une tabulation des mécanismes de cinétique chimique, ainsi que sur une approche Eddy Break-Up permettant de modéliser le taux de réaction lié au micro mélange. Ce modèle est ensuite intégré à un modèle de chambre de combustion et une première validation du modèle sur des essais moteur réels est entreprise.
Author: Caroline Marchal
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Languages : fr
Pages : 177
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Book Description
Ce travail porte sur la modélisation de la formation et l’oxydation des suies avec, comme objectif final, l’optimisation du développement des moteurs thermiques en terme de réduction des émissions de particules. Pour atteindre cet objectif, un modèle de suie a été développé et couplé à un modèle de combustion dans un code aérothermique 3D. Le modèle de suie vise à reproduire la distribution en taille des particules avec une précision raisonnable. Pour ce faire, une méthode de sectionnement a été choisie et améliorée afin de satisfaire à des critères industriels en termes de temps de calcul et de charge mémoire. Dans une première étape, un mécanisme cinétique détaillé d’oxydation d’hydrocarbures représentatifs des carburants a été développé et validé dans de larges domaines de pression et de configurations expérimentales. Ce mécanisme permet de modéliser la formation de composés aromatiques dans la phase gaz, étape initiale du modèle de suie. Si l’utilisation d’une cinétique détaillée est indispensable pour satisfaire aux exigences de précision, elle nécessite le recours à des techniques de tabulation de la chimie afin de ne pas recalculer les termes chimiques localement, ce qui est trop coûteux en temps de calcul. Trois types de tables, impliquant des couplages différents avec le modèle de combustion, ont été proposés. L’intégration du modèle de suie dans STAR-CDTM a nécessité l’implantation des tables générées, des équations du modèle de suie et du couplage entre le modèle de suie et le modèle de combustion. Une première validation a été réalisée avec des valeurs de table imposées afin de s’affranchir des hypothèses de couplage. Dans un deuxième temps, la simulation de la combustion dans un moteur conventionnel, à pleine charge, a été réalisée. Les résultats obtenus étant encourageants, une dernière validation a été effectuée sur la base d’une campagne de mesures (technique LII) réalisées sur moteur à accès optiques fonctionnant en charge partielle.
Author: Chawki Habchi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 394
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Book Description
L'ETUDE PRESENTE A COMMENCE PAR LE DEVELOPPEMENT D'UN ALGORITHME, INTEGRABLE DANS LE CODE KIVA, DE GENERATION ET D'ADAPTATION AUTOMATIQUE DE MAILLAGES 3D QUI PERMET DE TENIR COMPTE DE LA MOBILITE DES FRONTIERES D'UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A PISTON. CET OUTIL A ETE UTILISE AVEC UNE EFFICACITE NOTOIRE DANS LA CONCEPTION DU MOTEUR 2 TEMPS IAPAC DE L'IFP. L'OBJECTIF GENERAL ETANT L'AMELIORATION DU CODE KIVA, NOUS SOMMES ENSUITE PASSES A UNE ETUDE THEORIQUE ET BIBLIOGRAPHIQUE DES DIFFERENTS TYPES DE CONDITIONS AUX LIMITES. DANS LE CAS DES ECOULEMENTS TURBULENTS, NOUS AVONS REUSSI A DEFINIR UN CRITERE SUFFISANT, SUR LES CONDITIONS AUX LIMITES, PERMETTANT D'AFFIRMER SI LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES POSSEDENT UNE SOLUTION. NOUS AVONS ENSUITE INTRODUIT LE MODELE K- DANS LE CODE KIVA. PUIS, POUR FINIR L'ETUDE THEORIQUE, NOUS AVONS PROPOSE DIFFERENTES LOIS DE PAROI ADAPTEES AUX GEOMETRIES COMPLEXES. ENFIN, LE CODE AINSI MODIFIE A ETE VALIDE A L'AIDE DE MESURES SUR UNE MAQUETTE SIMULANT UNE CHAMBRE DE COMBUSTION AVEC SON ADMISSION ET SON ECHAPPEMENT
