Formation du mélange par injection simple en milieu évaporatif avec une approche RANS

Résumé

L’injection numérique d’un jet de carburant est une technique essentielle pour simuler l’écoulement des moteurs à combustion interne. Avec ce type de simulation, il est possible de revoir la conception du moteur, ce qui peut contribuer à une réduction des emissions polluantes ou à une augmentation de la performance globale. Pour y parvenir, la modélisation du jet liquide de carburant est une étape particulièrement importante. Cependant, la plupart des codes commerciaux de CFD disponibles sur le marché sont limités dans les choix de modèles de fragmentation et il est souvent nécessaire de calibrer ces modèles. L’objectif de ce mémoire est de faciliter le processus de calibration grâce à meilleure identification des phénomènes qui affectent la calibration des modèles de fragmentation. La calibration du modèle de fragmentation nécessite l’utilisation de résultats expérimentaux dans des conditions identiques à celles qui sont utilisées dans la simulation numérique. Cette étude utilise les résultats connus sous le nom de « Spray A » obtenus par le laboratoire de Sandia, qui injecte du dodécane dans des conditions semblables à celles retrouvées dans un moteur à combustion interne. Les simulations numériques utilisées dans cette étude utilisent une approche URANS et deux modèles de fragmentation : KHRT et SSD. La première partie de cette étude consiste en une évaluation individuelle de l’effet du choix de nombreux éléments (maillage, modèle de turbulence, constantes, etc.) sur la simulation numérique. Il a été mis en évidence que le modèle de turbulence κ-ε réalisable est supérieur aux autres modèles de turbulence pour ce type d’application. Également, il est possible de constater qu’un maillage non structuré avec un maillage assez fin (de l’ordre de 0.25mm) permet d’obtenir des résultats semblables à ceux observés avec un maillage structuré. Finalement, il a été possible de montrer l’influence individuelle de chacune des constantes de fragmentation et d’établir un intervalle de variation pour chaque constante lors de la calibration du modèle. Cet intervalle est utilisé lors de la calibration du modèle de fragmentation. La seconde partie de cette étude consiste à comparer les modèles de fragmentation du jet numérique sur un jet calibré. Cette calibration est effectuée sur six simulations distinctes : trois maillages de tailles distinctes pour chaque modèle de fragmentation. Un plan d’expérience de type Box-Benhken à quatre ou cinq variables est utilisé pour réduire le nombre de simulations nécessaires pour calibrer le modèle KHRT, tandis que le modèle SSD utilise un plan factoriel standard à deux variables. La calibration du jet de carburant a pour objectif d’obtenir une pénétration liquide et vapeur semblable à celle observée dans les expériences en laboratoire. Le résultat de cette calibration est généralement un succès pour la pénétration liquide, mais il est possible d’observer que d’autres critères de comparaison (pénétration vapeur, angle vapeur et SMD) sont éloignés des valeurs observées en laboratoire. Lorsque les différents modèles de fragmentation sont comparés, après calibration, il est possible de constater que le modèle KHRT permet de mieux se rapprocher de la physique du jet de carburant observée en laboratoire. De plus, ce modèle offre un meilleur contrôle de la physique du jet que le modèle SSD. Le modèle KHRT est donc le modèle recommandé pour ce type d’application.

Date	7 nov. 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice)) & François Garnier (Codirecteur(-trice))