Application des peaux entropiques aux sprays automobiles

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Application des peaux entropiques aux sprays
automobiles

• Luis Le Moyne
• Institut Supérieur de lAutomobile et des
  Transports U. Bourgogne
• Philippe Guibert UPMC- IJLRA
• Stéphane Zaleski UPMC - IJLRA
• Diogo Queiros Conde - ENSTA
• Renaud Roy
• Ralf Troegger
• PSA
• DIME-EcoEngines
• FWT Zwickau

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Pourquoi injecter et pulvériser ? que modéliser,
que mesurer ?

• Combustible liquide densité élevée ? stockage
• Combustion en phase vapeur ? vaporisation du
  liquide
• Vaporisation rapide à faible coût énergétique ?
  pulvérisation fine
• Processus complexe servant à mettre en "contact"
  moléculaire le comburant (oxygène de l'air) et le
  combustible
• Créer des gouttes de dimensions faibles (20µm)
• Les transporter jusqu'à la zone de combustion
  (5cm)
• Les vaporiser (1ms)
• S'assurer d'une diffusion des réactifs pour créer
  un bon mélange
• Atomisation, Transport, Evaporation
• Interactions spray/air et spray/paroi

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Interactions spray/air

• Idée pour mélanger air et combustible créer un
  mouvement de diffusion de l'air par
  l'entraînement dû au spray
• Plus généralement quelle quantité relative de
  gaz et de liquide obtient-t-on après injection ?

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Mesurer les vitesses du gaz et des gouttes

• Prévoir la capacité d'un système d'injection à
• Distribuer le combustible dans des zones où le
  contact avec l'air est intense à température
  modérée pollution et consommation faible

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Mesurer la taille des gouttes

• L'intensité d'un signal de diffusion est
  proportionnel (dans certaines conditions) au
  nombre et à une fonction puissance du diamètre
• k2 MIE
• K3 LIF
• 2ltklt3 LIF avec absorption importante
• Le rapport des signaux LIF/MIE donne le diamètre
  moyen de sauter

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10
15
20
25
30
35
40
45
50
Inj Swirl 120bar Pi - 1 bar Patm
ReL4.104 WeL1.10e5 Oh6.10e-3
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Inj Swirl 40bar Pi - 1 bar Patm
ReL2.104 WeL3.10e4 Oh6.10e-3
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(No Transcript)
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Modélisation

• Les modèles  simplifiés   atteignent vite des
  limites
• Phénomène extrêmement complexe
• Simulation numérique directe
• Coût de calcul important
• Maillage adaptatif impératif
• Code Gerris (open Source) de S. Poppinet

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Modélisation
3D Re1,2.104 rl/rg30
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t0
400µs
U0100m/s Re1,8.104 We7.104 rl/rg570
2.5mm
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U034m/s Re4,5.103 We8,5.103 rl/rg570
80µs
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Simulations 3D DNS
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Simulations 3D DNS
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Quantifier la diffusion ?

• Quantifier l'occupation spatiale du spray
• Dimension de recouvrement
• Fractals
• Et la physique ?

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Graphes N-l d'images PIV de spray
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Peaux Entropiques
Soit Ni le nombre de boules de diamètre li de
dimension d nécessaires pour couvrir une ensemble
Vi sera le volume à léchelle li
On défini une entropie déchelle (Kolmogorvs
e-entropy) comme
Et un flux entropique
Une équation de diffusion pour lentropie
déchelle se dérive
Si la diffusion w est nulle, on retrouve le
comportement fractal. Si elle est constante
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b Pi40 bar Patm 10 bar Tatm298K
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b dépend du temps, de la position, de la
pression, de la température.C'est pas physique
ça ?
Pi40 bar Patm 1,5,10 bar Tatm298, 457 K
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Quelle information contient le paramètre b ?

• b mesure la façon dont le spray s'organise selon
  les échelles.
• b0 auto-similarité
• bgt0 les grandes échelles sont relativement plus
  peuplées que les petites le spray se présente
  sous forme de "gros paquets", le spray possède
  des structures où les gouttes ont un comportement
  cohérent
• blt0 les petites échelles sont relativement plus
  peuplées, le spray se raréfie, les gouttes
  s'individualisent
• L'intensité de chaque pixel peut être reliée à
  la surface (ou au volume) et au nombre de gouttes
  
• On peut alors distinguer des potentiels
  d'échelle b pour chaque intensité. La dimension
  d'échelle et b renseignent sur la distribution de
  la masse dans le spray.

Le Moyne L et al., Fractal dimension and scale
entropy applications in a spray,Chaos, Solitons
Fractals (2007), doi10.1016/j.chaos.2007.01.004
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b dépend aussi du diamètre et du nombre de gouttes
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Une équation de transport pour le potentiel
d'échelle b

• Nc(t,r,d) le nombre de gouttes de diamètre d à
  t et en r
• Il existe une dynamique d'échelle dans le spray
  
• Pour l'échelle de coupure en particulier

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Et après ?

• Valider le formalisme sur un grand nombre de
  conditions expérimentales, puis de types
  d'injecteur
• Corréler le potentiel déchelle aux conditions
  expérimentales, aux géométries dinjecteur
• Etendre le formalisme la turbulence ?
• Des modèles fractals de turbulence ont donné des
  résultats intéréssants (b-model U. Frisch, Jfm
  87, 1978)
• La turbulence homogène et isotrope a une nature
  multi-fractale (Arneodo et al., Nature 338,
  1989), le formalisme de l'entropie d'échelle est
  équivalent mais plus simple (Queiros-Conde , R.
  Soc. 2003)
• Utiliser une démarche complémentaire en LES ?
• Qu'en est-il de la turbulence "réelle" de
  machines "réelles" ?