Développement Et Validation Expérimentale de Schémas Cinétiques Pour Des Mélanges D'hydrocarbures Pour Une Combustion HCCI PDF Download
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Author: Hatim Machrafi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 406
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Book Description
Une des solutions très prometteuses pour la réduction des émissions polluantes et de la consommation des moteurs à combustion interne est la mise en place de combustions alternatives pour une optimisation à la source. En particulier, de nombreuses études sont menées autour du développement d'une combustion en charge homogène par auto inflammation appelée "Homogeneous Charged Compression Ignition". Cependant, le contrôle de ce mode de combustion nécessite une recherche avancée incluant une approche interdisciplinaire associant la chimie, la mécanique des fluides et les contraintes d'un fonctionnement moteur. Cette thèse a pour objet l'étude de l'auto inflammation en mode homogène traité d'un point de vue numérique et expérimental. L'étude numérique s'intéresse au développement de mécanismes réduits de carburants de référence. Ces mécanismes réduits sont introduits dans le cadre de modèles plus généraux simulant un fonctionnement de cycle moteur, se focalisant sur trois carburants de référence ; le n-heptane, l'isooctane et le toluène. Trois mécanismes et un mécanisme "mélange" sont ainsi proposés et font l'objet tout d'abord d'une validation numérique et ensuite d'une validation expérimentale. Le mécanisme final "mélange" est composé de 62 réactions et de 49 espèces. En outre, l'interaction des oxydes d'azote NO avec les hydrocarbures est incluse par un appendice cinétique. La validation expérimentale est effectuée dans une gamme de paramètres respectant les conditions de fonctionnement d'un mode HCCI. Les gammes de température d'admission sont comprise entre 35 et 70 °C, avec une richesse entre 0,28 et 0,64 et des taux de compression entre 7 et 14, et ceci pour différentes teneurs des 3 composées de base formant le carburant. En particulier, les carburants testés présentent une gamme complète de proportion de n-heptane/iso-octane. En ce qui concerne le cas des mélanges de n-heptane/toluène, la valeur maximum étudiée du pourcentage volumique de toluène est de 40 %. Des analyses comparatives entre l'essence, le gasoil et leurs substituts de référence sont proposées. En outre, l'effet de NO sur le processus d'auto-inflammation est étudié jusqu'à une addition de 170 ppm. Une étude complète des effets de l'introduction d'EGR est présentée avec en particulier les effets de la dilution par N2 et CO2, les effets du niveau thermiques sur une gamme de 30 à 120 °C, et les effets chimiques de certaines espèces comme le CO, le CH2O et de CH3CHO. L'analyse expérimentale a été soutenue par le mécanisme validé. De cette analyse aboutit un ensemble de conclusions en ce qui concerne le contrôle du processus d'auto-inflammation en mode HCCI.
Author: Hatim Machrafi
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Category :
Languages : en
Pages : 406
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Book Description
Une des solutions très prometteuses pour la réduction des émissions polluantes et de la consommation des moteurs à combustion interne est la mise en place de combustions alternatives pour une optimisation à la source. En particulier, de nombreuses études sont menées autour du développement d'une combustion en charge homogène par auto inflammation appelée "Homogeneous Charged Compression Ignition". Cependant, le contrôle de ce mode de combustion nécessite une recherche avancée incluant une approche interdisciplinaire associant la chimie, la mécanique des fluides et les contraintes d'un fonctionnement moteur. Cette thèse a pour objet l'étude de l'auto inflammation en mode homogène traité d'un point de vue numérique et expérimental. L'étude numérique s'intéresse au développement de mécanismes réduits de carburants de référence. Ces mécanismes réduits sont introduits dans le cadre de modèles plus généraux simulant un fonctionnement de cycle moteur, se focalisant sur trois carburants de référence ; le n-heptane, l'isooctane et le toluène. Trois mécanismes et un mécanisme "mélange" sont ainsi proposés et font l'objet tout d'abord d'une validation numérique et ensuite d'une validation expérimentale. Le mécanisme final "mélange" est composé de 62 réactions et de 49 espèces. En outre, l'interaction des oxydes d'azote NO avec les hydrocarbures est incluse par un appendice cinétique. La validation expérimentale est effectuée dans une gamme de paramètres respectant les conditions de fonctionnement d'un mode HCCI. Les gammes de température d'admission sont comprise entre 35 et 70 °C, avec une richesse entre 0,28 et 0,64 et des taux de compression entre 7 et 14, et ceci pour différentes teneurs des 3 composées de base formant le carburant. En particulier, les carburants testés présentent une gamme complète de proportion de n-heptane/iso-octane. En ce qui concerne le cas des mélanges de n-heptane/toluène, la valeur maximum étudiée du pourcentage volumique de toluène est de 40 %. Des analyses comparatives entre l'essence, le gasoil et leurs substituts de référence sont proposées. En outre, l'effet de NO sur le processus d'auto-inflammation est étudié jusqu'à une addition de 170 ppm. Une étude complète des effets de l'introduction d'EGR est présentée avec en particulier les effets de la dilution par N2 et CO2, les effets du niveau thermiques sur une gamme de 30 à 120 °C, et les effets chimiques de certaines espèces comme le CO, le CH2O et de CH3CHO. L'analyse expérimentale a été soutenue par le mécanisme validé. De cette analyse aboutit un ensemble de conclusions en ce qui concerne le contrôle du processus d'auto-inflammation en mode HCCI.
Author: Pierre-Alexandre Glaude
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Languages : fr
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Book Description
La mise au point de modèles chimiques détaillés de la combustion des hydrocarbures est nécessaire en vue de la reformulation des carburants et de la réduction des émissions de polluants. Face aux difficultés de l'écriture manuelle des mécanismes complexes, un générateur automatique de modèles de la combustion des alcanes et des éthers a été mis au point. Les modèles comprennent une base de réactions des petites espèces, un mécanisme primaire détaillé et exhaustif de consommation des réactifs et un mécanisme secondaire simplifie. Les données cinétiques et thermodynamiques nécessaires sont fournies. En marge du développement informatique, nous nous sommes attaches à définir les schémas cinétiques et les constantes de vitesses utilisés. Les validations du système ont porte sur la simulation de la combustion du n-butane, du n-heptane et de l'iso-octane, purs et en mélanges, du n-octane et du n-décane pour les alcanes. Le MTBE, l'ETBE et leurs mélanges avec le n-heptane ont été étudiés dans le cas des éthers. L'analyse des modèles permet de montrer le caractère de système-expert du générateur en proposant des règles de simplification a priori des mécanismes. Les voies réactionnelles des différentes espèces sont étudiées, ainsi que la formation des produits. Les paramètres les plus sensibles des modèles et les réactions qui déterminent le comportement global des systèmes chimiques sont examines. Des explications sont enfin proposées pour rendre compte des différences de comportement des molécules, notamment face à l'auto-inflammation
Author: Olivier Gicquel
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réduction automatique de schémas cinétiques et ont pour but de prédire la formation des oxydes d'azote (NOx) dans des configurations industrielles, en particulier pour la combustion du méthane. Dans un premier temps, les différentes techniques classiques de réduction de schémas cinétiques, ainsi que les méthodes automatiques de réduction sont présentées. Une bibliographie exhaustive sur la méthode Intrinsic Low Dimensional Manifold (ILDM) et ses applications est fournie. La seconde partie du manuscrit porte sur la description détaillée de la méthode ILDM et sur la théorie mathématique sur laquelle elle repose. Des calculs simples de validation sont présentés. De plus, pour tester la réponse de la chimie réduite par l'ILDM à la présence d'un champ de turbulence, un calcul sur un code de simulation numérique directe réactif est proposé. Apres avoir présenté les limites de l'ILDM dans le cas du méthane, une nouvelle méthode de génération de schémas réduits est proposée (la méthode Flame Prolongation of ILDM (FPI). Des calculs de validations sur des flammes monodimensionnelles prémélangées libres et accrochées sur brûleurs montrent l'intérêt de cette approche. La méthode FPI est alors utilisée pour calculer des flammes partiellement prémélangées dans un brûleur de chaudière domestique laminaire. Les résultats sont validés en les comparant avec l'expérience. Une méthode pour calculer l'ensemble des composes azotes pour un coût réduit est ensuite présentée et validée dans des cas tests simples, pour finalement être appliquée aux différentes flammes partiellement prémélangées déjà présentées. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec les mesures. Les perspectives ouvertes par ce travail sont : l'utilisation de la méthode FPI pour l'optimisation de brûleurs laminaires et l'implantation de cette méthode dans un code de simulation aux grandes échelles et dans un code simulation de combustion turbulente.
