etudes expérimentales des modes de combustion essence sous forte dilution et forte suralimentation....

Etudes expérimentales des modes de combustion Etudes expérimentales des modes de combustion essence sous forte dilution et forte suralimentation.essence sous forte dilution et forte suralimentation.

LANDRY LudovicLANDRY Ludovic

Journée François LACASJournée François LACAS

Le 07 décembre 2006Le 07 décembre 2006

Tuteurs PSA Peugeot Citroën : O. Pajot & E. SamsonTuteurs PSA Peugeot Citroën : O. Pajot & E. SamsonDirecteurs de thèse : C. Mounaïm-Rousselle & F. FoucherDirecteurs de thèse : C. Mounaïm-Rousselle & F. Foucher

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Contexte & Objectifs de l’étudeContexte & Objectifs de l’étude

Prise de conscience de l’impact de la pollution atmosphérique : Effet de serre (CO2, CH4) réchauffement climatique anormal. Effet sur la santé (NOx, SO2, HC) irritation des yeux et/ou de la

gorge, cancers, anomalies génétiques, etc.

Introduction puis durcissement des normes anti-pollution « Euro ». Post traitement des gaz d’échappement Amélioration du rendement Innovation technologique

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Contexte & Objectifs de l’étudeContexte & Objectifs de l’étude

L’amélioration des rendements est aujourd’hui une des solutions, autre que l’hybride électrique, qui possède une influence directe sur les émissions de CO2. Downsizing :Downsizing : réduire la cylindrée du moteur sans perdre en

performance grâce à la suralimentation. Utilisation d’EGR (pour Exhaust Gas Recirculation) pour réduire

les émissions de NOx.

Satisfaire les attentes industrielles et académiques Valider ou non l’utilisation des modèles de combustion turbulente

prémélangée usuellement utilisés en simulation pour des conditions typées downsizing (forte dilution & pression).

Apporter des connaissances supplémentaires sur le comportement de la combustion sous forte dilution & pression

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Plan de la présentationPlan de la présentation

Influence de la pression et de la dilution sur la combustion

Impact sur les régimes de combustion

Étude de l’effet de la dilution sur les vitesses de flammes laminaires (SL) à la stoechiométrie pour 3 carburants (méthane, propane et isooctane) :

Modélisation sous PREMIX. Validation expérimentale par visualisation de flamme sphérique. Premiers résultats. Conclusions.

Influence de la pression sur l’aérodynamique interne moteur Dispositif expérimental. Conclusions

Perspectives

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Effet de la pression/dilution sur la combustionEffet de la pression/dilution sur la combustion

Impact sur les régimes de combustion

Diagramme de Combustion turbulente.

Étude paramétrique d’après les travaux de Metghalchi et Keck (1982) et de Bradley et al. (1998)

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Modélisation sous PREMIX.

Conditions de simulation : pression de 0.1MPa0.1MPa, température de 300K300K et Richesse de 11.

Schémas cinétiqes : GRI-mech 3.0GRI-mech 3.0 (219 réactions et 36 espèces) pour le

méthane et le propane. HasseHasse (48 réactions et 29 espèces) pour l’isooctane.

Composition de la dilution 11ère ère dilution :dilution : 100% N2. 22èmeème dilution dilution :: Mélange de 73.5% N2 et de 26.5% CO2. 33èmeème dilution : dilution : Mélange de 73.5% N2, 12.5% CO2 et 14%

H2O.

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Validation expérimentale par visualisation de flamme sphérique.

Chambre de combustion

Dispositif d’ombroscopie

Conditions expérimentales : Conditions expérimentales :

Mélange au repos.Mélange au repos. Pression initiale = 0.1 MPa.Pression initiale = 0.1 MPa. Température = ~300K.Température = ~300K. Richesse = 1.Richesse = 1.

Enregistrement de la propagation de la flamme (6000 images/seconde)

Détermination de la vitesse de propagation & de l’étirement

Détermination de la vitesse à étirement nul (V0)

Détermination de la vitesse laminaire (= V0/ facteur d’expansion)

Méthodologie pour déterminer la vitesse de flamme laminaire.Méthodologie pour déterminer la vitesse de flamme laminaire.

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Premiers résultats.

Méthane Isooctane

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Conclusions.

Bonne cohérence entre l’expérience et le numérique pour les faibles taux de dilution (< 20 %).

Divergence entre l’expérience et le numérique pour les forts taux de dilution (> 20%).

Temps caractéristique de combustion très faible donc + sensible aux perturbations extérieures (Convection naturelle).

L’évolution des vitesses et les limites d’inflammabilité sont en accord avec les CP des diluants.

L’utilisation du CO2 et du N2 pour simuler l’EGR semble plus judicieuse que le N2 seul et notamment pour les forts taux (>20%).

Les tendances obtenues avec la relation de Metghalchi et Keck ne sont pas très représentatives.

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Effet de la pression sur l’aérodynamique …Effet de la pression sur l’aérodynamique …

Dispositif expérimental.

Conditions expérimentales : Conditions expérimentales :

Système PIV (Particle Image Velocimetry)Système PIV (Particle Image Velocimetry)

Laser Nd-Yag (532nm, 180mJ, 15 Hz) Laser Nd-Yag (532nm, 180mJ, 15 Hz) Nappe à 5 mm de la culasse.Nappe à 5 mm de la culasse. Ensemencement à l’huile de siliconeEnsemencement à l’huile de silicone 200 couples d’image acquis par point 200 couples d’image acquis par point de mesurede mesure

Pression d’admission : 1.0 1.5 1.7 2.0 barsPression d’admission : 1.0 1.5 1.7 2.0 bars

Température d’admission : ~300KTempérature d’admission : ~300K

Régime : 1200 tr/minRégime : 1200 tr/min

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Conclusion Grands mouvements aérodynamiques

-30dv 1.0 bar

-30dv 2.0 bars

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Conclusion Grandeurs caractéristiques de la turbulence

Décomposition d’un champ instantané par POD (pour Proper Orthogonal Decomposition)Décomposition d’un champ instantané par POD (pour Proper Orthogonal Decomposition) ..

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Conclusion Grandeurs caractéristiques de la turbulence

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PerspectivesPerspectives

Déterminer les vitesses laminaires en chambre de combustion à volume constant pour le propane et l’isooctane avec de fort taux de dilution.

Déterminer les limites de fonctionnement en combustion « normale » sur moteur et mesurer les polluants

Réaliser des essais de visualisation directe afin de voir l’effet de la dilution et de la forte pression sur l’initiation et la propagation de la flamme.

Réaliser des essais de PLIF à 283 nm (OH), à 355 nm (Formaldéhyde, HC) afin d’étudier la vitesse de propagation et le plissement du front de flamme dans nos conditions.

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MERCI pour votre attention

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