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Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

Dumont, Nicolas (2004) Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel. (Numerical simulation of the two-phase flow in Diesel injectors.)

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Abstract

Dans les moteurs Diesel à injection directe, la qualité de la combustion dépend fortement de la pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion. Cette pulvérisation est due à l'aérodynamique dans la chambre, mais elle est également influencée par les caractéristiques de l'écoulement du carburant à la sortie de l'injecteur. Comme les phénomènes en jeu sont excessivement rapides (de l'ordre de la micro-seconde) et qu'ils interviennent dans les géométries très petites (de l'ordre du micro-mètre), les études expérimentales sont difficiles à réaliser. On se propose donc de développer un code de simulation qui a deux buts : accéder à une meilleure compréhension de l'écoulement dans l'injecteur (pour optimiser les géométries de l'injecteur), et prédire les conditions de sortie de l'écoulement pour fournir des conditions aux limites aux codes de simulation de combustion dans la chambre. Nous commençons par décrire les phénomènes intervenant dans l'injecteur et la façon dont ils influencent l'atomisation dans la chambre. Nous faisons ensuite une revue des modèles permettant de simuler les écoulements diphasiques, en montrant les domaines de validité de chacun d'eux. Nous expliquons le modèle que nous avons choisi basé sur l'hypothèse d'un écoulement homogène à l'échelle de la maille, et son implémentation dans KIVA-MB. Une attention particulière est portée sur les conditions aux limites en sortie de l'injecteur, pour lesquelles nous utilisons des conditions non réflectives. Des résultats de simulation sont décrits et validés pour un injecteur mono-trou et un injecteur multi-trous, montrant les possibilités du code à accéder à une meilleure compréhension de la topologie de l'écoulement dans l'injecteur au cours d'une injection complète. ABSTRACT : Combustion quality in Direct Injection Diesel engine depends strongly on the jet atomization in the combustion chamber. Atomization is due to aerodynamical interaction, but it is also influenced by the liquid flow characteristics at the injector exit. As the phenomena are extremely rapid and they take place in very small geometries, experimental investigations are pretty hard to manage. Consequently, our purpose is to develop a simulation code which has two goals : a better comprehension of the flow in the injector in order to optimize the injector geometry, and the prediction of the flow characteristics at the injector exit, in order to provide boundary conditions to combustion simulation codes. At first, we describe phenomena occuring in the injector and their influence on atomization. Their we make a revue of the two-phase models, defining their validity domains. We present the model that we use, based on a homogeneous flow assumption in each mesh cell, and its implementation in KIVA-MB.We show that a particular attention has been focused on exit boundary conditions : we used non-reflective conditions. Simulations results are then described and validated for a one-hole injector and a multi-hole injector, showing the code possibilities to get a better understanding of the liquid flow in an injector during the whole injection.

Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Simonin, Olivier
Uncontrolled Keywords:Moteur Diesel - Injecteur - Modélisation diphasique - Cavitation - KIVA - Conditions aux limites non réflectives. KEYWORDS : Diesel Engine - Injector - Two phase flow modelling - Cavitation - KIVA - Non-reflective boundary conditions
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Hydraulics > Energetics mechanics
Deposited On:12 May 2005

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