Etudes exp

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Etudes expérimentales des modes de combustion
essence sous forte dilution et forte
suralimentation.
Journée François LACAS Le 07 décembre 2006
Tuteurs PSA Peugeot Citroën O. Pajot E.
Samson Directeurs de thèse C. Mounaïm-Rousselle
F. Foucher
LANDRY Ludovic
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Contexte Objectifs de létude

• Prise de conscience de limpact 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 déchappement
• Amélioration du rendement
• Innovation technologique

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Contexte Objectifs de létude

• Lamélioration des rendements est aujourdhui une
  des solutions, autre que lhybride électrique,
  qui possède une influence directe sur les
  émissions de CO2.
• Downsizing réduire la cylindrée du moteur sans
  perdre en performance grâce à la suralimentation.
• Utilisation dEGR (pour Exhaust Gas
  Recirculation) pour réduire les émissions de NOx.
• Satisfaire les attentes industrielles et
  académiques
• Valider ou non lutilisation 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 présentation

• Influence de la pression et de la dilution sur la
  combustion
• Impact sur les régimes de combustion
• Étude de leffet 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 laérodynamique
  interne moteur
• Dispositif expérimental.
• Conclusions
• Perspectives

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Effet de la pression/dilution sur la combustion

• Impact sur les régimes de combustion

Diagramme de Combustion turbulente.
Étude paramétrique daprès les travaux de
Metghalchi et Keck (1982) et de Bradley et al.
(1998)
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Effet de la pression/dilution sur la combustion

• Étude de leffet de la dilution sur les vitesses
  de flammes laminaires (SL) à la stoechiométrie
  pour 3 carburants (méthane, propane et isooctane)
  
• Modélisation sous PREMIX.
• Conditions de simulation
• pression de 0.1MPa, température de 300K et
  Richesse de 1.
• Schémas cinétiqes
• GRI-mech 3.0 (219 réactions et 36 espèces) pour
  le méthane et le propane.
• Hasse (48 réactions et 29 espèces) pour
  lisooctane.
• Composition de la dilution
• 1ère dilution 100 N2.
• 2ème dilution Mélange de 73.5 N2 et de 26.5
  CO2.
• 3ème dilution Mélange de 73.5 N2, 12.5 CO2 et
  14 H2O.

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Effet de la pression/dilution sur la combustion

• Étude de leffet de la dilution sur les vitesses
  de flammes laminaires (SL) à la stoechiométrie
  pour 3 carburants (méthane, propane et isooctane)
  
• Validation expérimentale par visualisation de
  flamme sphérique.

• Conditions expérimentales
• Mélange au repos.
• Pression initiale 0.1 MPa.
• Température 300K.
• Richesse 1.

Chambre de combustion
Dispositif dombroscopie

• Méthodologie pour déterminer la vitesse de flamme
  laminaire.

• ? Enregistrement de la propagation de la flamme
  (6000 images/seconde)
• ? Détermination de la vitesse de
  propagation de létirement
• ? Détermination de la vitesse
  à étirement nul (V0)
• ? Détermination de
  la vitesse laminaire ( V0/ facteur dexpansion)

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Effet de la pression/dilution sur la combustion

• Étude de leffet de la dilution sur les vitesses
  de flammes laminaires (SL) à la stoechiométrie
  pour 3 carburants (méthane, propane et isooctane)
  
• Premiers résultats.

Méthane
Isooctane
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Effet de la pression/dilution sur la combustion

• Étude de leffet de la dilution sur les vitesses
  de flammes laminaires (SL) à la stoechiométrie
  pour 3 carburants (méthane, propane et isooctane)
  
• Conclusions.
• Bonne cohérence entre lexpérience et le
  numérique pour les faibles taux de dilution (lt 20
  ).
• Divergence entre lexpérience et le numérique
  pour les forts taux de dilution (gt 20).
• ? Temps caractéristique de combustion très
  faible donc sensible aux perturbations
  extérieures (Convection naturelle).
• Lévolution des vitesses et les limites
  dinflammabilité sont en accord avec les CP des
  diluants.
• Lutilisation du CO2 et du N2 pour simuler lEGR
  semble plus judicieuse que le N2 seul et
  notamment pour les forts taux (gt20).
• Les tendances obtenues avec la relation de
  Metghalchi et Keck ne sont pas très
  représentatives.

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Effet de la pression sur laérodynamique

• Dispositif expérimental.

• Conditions expérimentales
• Système PIV (Particle Image Velocimetry)
• Laser Nd-Yag (532nm, 180mJ, 15 Hz)
• Nappe à 5 mm de la culasse.
• Ensemencement à lhuile de silicone
• 200 couples dimage acquis par point de mesure
• Pression dadmission 1.0 1.5 1.7 2.0 bars
• Température dadmission 300K
• Régime 1200 tr/min

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Effet de la pression sur laérodynamique

• Conclusion
• Grands mouvements aérodynamiques

-30dv 1.0 bar
-30dv 2.0 bars
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Effet de la pression sur laérodynamique

• Conclusion
• Grandeurs caractéristiques de la turbulence

Décomposition dun champ instantané par POD (pour
Proper Orthogonal Decomposition).
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Effet de la pression sur laérodynamique

• Conclusion
• Grandeurs caractéristiques de la turbulence

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Perspectives

• Déterminer les vitesses laminaires en chambre de
  combustion à volume constant pour le propane et
  lisooctane 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 leffet de la dilution et de la forte
  pression sur linitiation et la propagation de la
  flamme.
• Réaliser des essais de PLIF à 283 nm (OH), à 355
  nm (Formaldéhyde, HC) afin détudier la vitesse
  de propagation et le plissement du front de
  flamme dans nos conditions.

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• MERCI pour votre attention