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Etude de l'entraînement d'air dans un spray haute pression. Diagnostics optiques et application à l'injection Diesel.

Arbeau, Anne (2004) Etude de l'entraînement d'air dans un spray haute pression. Diagnostics optiques et application à l'injection Diesel. (Air entrainment study in a high pressure spray. Optical diagnostics and application to Diesel-type injection.)

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Abstract

Le développement actuel des moteurs doit répondre à une volonté de réduction de la consommation et à des normes anti-pollution de plus en plus sévères. Les moteurs Diesel, quoique performants, présentent encore des émissions excessives de dioxyde d'azote (NOx) et de particules. Ces émissions polluantes proviennent essentiellement de l'existence de zones riches en carburant ne permettant pas une combustion optimale. La préparation du mélange air / carburant, fortement conditionnée par l'entraînement d'air par le spray, est donc essentielle. Dans ce contexte, nous avons développé des outils métrologiques pour l'analyse des mécanismes d'entraînement d'air par un spray dense. La technique de Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) est dans un premier temps appliquée sur un spray conique creux moyenne pression (‹100 bars) pour l'étude de l'entraînement d'air. Un transfert des méthodologies permet ensuite la caractérisation et la compréhension des mécanismes d'entraînement d'air dans un spray plein haute pression (‹1600 bars) de type Diesel. L'influence des paramètres d'injection (pression d'injection et contre pression) est étudiée sur le taux de mélange dans le spray. Augmenter la pression d'injection de 800 à 1600 bars permet d'accroître le taux de mélange de 60 %. D'autre part, les conditions thermodynamiques du milieu ambiant, simulées par les effets de contre pression, influencent largement le taux de mélange. En effet, ce dernier croît de 350 % lorsque la contre pression augmente de 1 à 7 bars. Les résultats expérimentaux ne suivent pas les " lois classiques " d'entraînement d'air des jets monophasiques à densité variable, mais sont en bon accord avec un modèle intégral d'entraînement d'air de jet diphasique plein axisymétrique. Enfin, la technique de PIV sur traceurs Fluorescents (FPIV) est introduite dans le but d'étendre le domaine d'application de la PIV dans les écoulements diphasiques denses. ABSTRACT : The actual development of the engine must reply to a will of fuel consumption reduction and to norms more and more strict concerning the pollutant emissions. Although the Diesel engines are performant, the NOx and particle emissions mainly come from the existence of wealthy fuel zone preventing an optimal combustion. Therefore, the air / fuel mixing preparation, highly controlled by the air entrainment in spray, is essential. In this context, we have developed metrological tools in order to analyse the air entrainment mechanism in a dense spray. The Particle Image Velocimetry (PIV) technique is first applied to a conical spray with an injection pressure less than 100 bars to study the air entrainment in spray. A transfer of the methodologies allows then the characterisation and the understanding of the air entrainment mechanism in high pressure full spray (injection pressure less than 1600 bars) type Diesel one. The influence of injection parameters (injection pressure and back pressure) on the mixing rate is studied. The increase of the injection pressure from 800 to 1600 bars implies an increase of the mixing rate of 60 %. Moreover, the thermodynamic conditions of the ambient air, simulated by the chamber back pressure, widely favours the mixing rate. Actually, this latter increases of 350 % when the chamber back pressure varies from 1 to 7 bars. The experimental results do not follow classical laws of air entrainment in one-phase flow jet with variable density, but are in good agreement with an integral model for air entrainment in an axisymetric full spray. Finally, the Fluorescence Particle Image Velocimetry (FPIV) is introduced in order to extend the PIV application field in dense two-phase flows.

Department:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Charnay, Georges and Bazile, Rudy
Uncontrolled Keywords:Jets diphasiques - Spray conique creux moyenne pression - Spray plein haute pression de type Diesel - Entraînement d'air - Métrologie laser - PIV - Traceurs Fluorescents - Modèle intégral. KEYWORDS : Two-phase flows - Middle pressure hollow cone spray - High pressure Diesel-type full spray - Air entrainment - Laser diagnostics - PIV - Fluorescent dyes - Integral model
Subjects:Hydraulics > Energetics and transfers
Deposited On:10 June 2005

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