Modélisation numérique des phénomènes se déroulant lors de l’inflammation initiale du mélange dans un moteur à allumage commandé

Résumé

La décharge électrique générée par une bougie d’allumage est un phénomène complexe étudié de manière expérimentale et numérique à partir de la fin du XXe siècle bien que son principe soit utilisé dans les moteurs à allumage commandé dès son invention dans les années 1860. Les premières études numériques sont peu détaillées et sont restreintes par une utilisation limitée des modèles 1D et 2D. Plusieurs dizaines d’années de modélisation plus tard, le phénomène est mieux compris et exploité afin de réduire les émissions polluantes et optimiser au mieux les paramètres influençant la décharge et l’inflammation qui s’en suit. Les améliorations des techniques de calcul permettent désormais de développer des modèles plus complexes en 3 dimensions afin d’étudier les zones encore mal comprises des décharges électriques. Cette étude a pour objectif de modéliser une décharge électrique et l’inflammation initiale du mélange qui s’en suit. Les équations de Navier-Stokes dans le cadre d’un écoulement compressible, laminaire et instationaire sont résolues par un modèle numérique réalisé avec le logiciel Star-CCM+. Afin de créer le modèle de décharge complet qui est utilisé pour l’étude de l’inflammation, un modèle plus simple est tout d’abord conçu afin de déterminer les paramètres d’un maillage permettant la modélisation de la décharge. Un modèle simple de décharge utilisant le front de flamme de la combustion du méthane dans l’air est ensuite utilisé afin de valider le maillage choisi. Un tout nouveau modèle de décharge basé sur l’expansion d’un cylindre de dépôt d’énergie entre les électrodes est ensuite développé. Différents transferts de chaleur à la bougie d’allumage sont ensuite testés et comparés durant une décharge. La condition de transfert de chaleur alliant condition adiabatique et isotherme permet d’obtenir les résultats les plus convaincants au regard de la forme et du développement de la flamme mettant en évidence l’importance de la vorticité et des vortex d’écoulement dans la formation de la flamme. De plus, le modèle de décharge présenté dans ce mémoire est confronté avec un modèle plus classique de cylindre de dépôt à géométrie constante. Enfin, des décharges de niveaux d’énergie différents sont testées afin de comprendre le rôle des intensités d’écoulement sur la structure de la flamme. Il en est conclu qu’une décharge plus énergétique accélère le développement de la flamme, mais intensifie également la vorticité en sortie des électrodes.

Date	12 déc. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Patrice Seers (Directeur(-trice))