Simulation numérique de l’effet du type de carburant sur la combustion et les émissions polluants dans un Moteur (MCI) (original) (raw)
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Prédiction numérique du niveau d´émissions polluantes des moteurs à combustion interne
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2013
Les récents développements ainsi que la compétitivité accrue dans le domaine de l'industrie des véhicules, fait qu'il est important de s'orienter vers la prédiction des performances énergétiques des moteurs actuels tout en menant des actions communes en vue de réduire les émissions polluantes inhérentes à ces moteurs. Dans les avant-projets de conception, la simulation numérique des phénomènes aérodynamiques et thermochimiques relatifs au fonctionnement des moteurs, répond souvent aux exigences des constructeurs, à savoir, le coût de développement et la durée de l'étude. Dans ce contexte, le code KIVA_3V ® a fait preuve de sa vaste applicabilité technologique. Néanmoins, l'utilisation efficace du solveur et l'exploitation pratique des résultats s'avèrent fastidieuses pour un ingénieur de conception. Dans une optique de proximité industrielle, un progiciel orienté pré et post traitement a été développé pour le solveur du code Kiva_3V. Le programme permet la construction automatique des fichiers de données (géométriques et technologiques) et la visualisation des courbes de performances du moteur, par le biais des interfaces graphiques (GUI) développées sous un environnement Matlab ®. Les calculs sont effectués pour le cas d'un moteur diesel à six cylindres de type Renault-620. Les résultats numériques affichent une concordance assez bonne avec les données du constructeur.
Le présent travail rentre dans le domaine de la production de l'énergie thermique et la protection de l'environnement. Il consiste à étudier numériquement la combustion en comparant la production de l'énergie thermique de plusieurs combustibles (gaz, liquide et solide) ainsi que leurs émissions de polluants en CO2 et NOX. Les combustibles choisis sont : le méthane, le propane, le fuel-oil et le charbon. La combustion se déroulera dans une chambre de combustion cylindrique avec un excès d'air de 15% en générant une puissance de 30 kW. Les résultats montrent que la combustion des gaz (méthane et propane) dégage plus d'énergie à la sortie de la chambre de combustion mais aussi plus d'émissions de CO2 et de NOx. Les émissions de CO2 sont plus faibles pour le charbon que pour les autres combustibles mais la variation de la température à la première moitié de la chambre de combustion est plus importante.
Simulation numérique de la combustion dans un scramjet avec injection transversale de carburant
L'évolution du futur transport à grande vitesse dépendra fortement du développement des moteurs de propulsion hypersoniques. La chambre de combustion représente une des technologies de base qui commandent le développement de ces systèmes de propulsion. A une vitesse de vol hypersonique, le temps disponible pour l'injection du combustible, la création du mélange réactif comburant-carburant, et la combustion est très court. Un certain nombre d'études ont été effectuées et différentes stratégies d'injection ont été suggérées pour que des configurations de chambre de combustion des moteurs de propulsion hypersoniques (Scramjet) surmontent les limitations imposées par le court temps de séjour de l'écoulement. La présente étude décrit une investigation numérique des performances de la combustion supersonique turbulente lorsqu'une injection sonique transversale du carburant (hydrogène) à travers un bec de fente (slot nozzle) dans un courant d'air chaud supersonique est employée. Afin de réaliser ceci, un code maison (Karalis), solveur 3D parallèle compressible et totalement implicite basé sur le schéma TVD de Roe est utilisé. Les résultats obtenus sont comparés à ceux fournis par la littérature.
2020
RÉSUMÉ: La production de l'énergie électrique dans les collectivités éloignées représente un défi technologique qui doit tenir compte des exigences environnementales en termes d'émissions des GES et des coûts de la production tout en assurant une continuité d'approvisionnement énergétique des consommateurs. Parmi les ressources utilisées dans ces zones, on trouve les énergies renouvelables et les générateurs Diesel. Ces derniers fonctionnent souvent en faible charge caractérisée par de mauvaises performances et des coûts d'exploitation et de production élevée. Le but de ce mémoire est l'étude et le développement d'un modèle numérique pour la simulation d'hybridation pneumatique. Les résultats obtenus peuvent être exploités afin d'améliorer le fonctionnement des générateurs Diesel et d'augmenter le taux de pénétration des énergies renouvelables dans le système énergétique des collectivités éloignées. Pour cette raison, nous avons organisé notre tra...
2013
Cette these est consacree a l’amelioration des capacites de prediction des emissions d’oxydes d’azote (NO et NO2) des foyers de combustion aeronautiques. Les travaux, exclusivement numeriques, consistent d’abord dans une etude de la cinetique chimique responsable des emissions polluantes. Cetteetude conduit a l’ecriture d’un modele, nomme NOMANI (pour Nitrogen Oxide emission model with one-dimensional MANIfold), base sur l’approche PCM-FPI (pour Presumed Conditional Moments - Flame Prolongation of ILDM) avec une variable de progres additionnelle afin calculer l’avancement de la chimie azotee une fois la chimie carbonee a l’equilibre. Differentes validations sur des configurations laminaires simples puis des flammes de laboratoire de Sandia sont presentees. Les resultats en terme de structure de flamme et d'emission de monoxyde d’azote sont confrontes aux mesures experimentales. Le dernier volet de ces travaux, disponible uniquement dans la version confidentielle du manuscrit, co...
2014
Avant toute chose, nous remercions DIEU tout puissant qui nous a guidé tout au long de notre vie, qui nous a permis de nous instruire et d'arriver jusqu'ici dans nos études, qui nous a donné courage et patience. Nous souhaitons tout d'abord remercier notre encadreur madame HAMDANE Soumia pour son soutient, sa confiance, et ses connaissances dont nous avons bénéficié pendant ce travail, nous lui exprimons notre profond respect et notre éternelle reconnaissance. Nous souhaitons aussi remercier Monsieur REZGUI Yasine pour sa disponibilité ses conseils qui nous ont aidé à avancer dans ce travail. Nous remercions également Monsieur GHERRAF Nourddine pour ses efforts afin de nous garantir de meilleures conditions de travail. Nous tenons à remercier aussi les membres du jury d'être intéressés à ce travail et de l'évaluer.
2016
Le programme CIFRE est destiné aux entreprises françaises qui engagent un doctorant pour mener un projet de recherche de l'entreprise au sein d'un laboratoire de recherche public. Pour cette thèse, une convention CIFRE a été accordée entre l'entreprise d'automobiles Renault France et le laboratoire de recherche universitaire LHHEA de l'Ecole Centrale de Nantes. Je voudrais tout d'abord remercier grandement Mr. Gilles MAUVIOT pour toute son aide. Je suis ravi d'avoir travaillé en sa compagnie car outre son appui scientifique, il a toujours été là pour me soutenir et me conseiller au cours de l'élaboration de cette thèse. Qu'il trouve ici l'expression de ma reconnaissance pour les précieux conseils, l'éclairage et les discussions fructueuses qu'il m'a prodigués et sans lesquels ce manuscrit n'aurait jamais vu le jour. Je tiens à remercier mon directeur de thèse Mr. Xavier TAUZIA et mon encadrant Mr. Alain MAIBOOM pour la confiance qu'ils m'ont accordée en acceptant ce travail doctoral, pour leurs multiples conseils et toutes les heures qu'ils ont consacrées à diriger cette recherche. J'aimerais également leur dire à quel point j'ai apprécié leur grande disponibilité et leur respect sans faille des délais serrés de relecture des documents que je leur ai adressés. Mes remerciements vont également à Mr. Pascal CHESSE, chef de l'équipe TSM et de la chaire industrielle à l'ECN pour m'avoir accueillie très chaleureusement au sein de son département ainsi pour la confiance et l'intérêt qu'il a manifestés, vis-à-vis de ce travail doctoral. Un grand merci pour Mr. Vincent TALON, ancien chef de l'équipe Renault pour l'intérêt dont il a fait preuve envers ma recherche, les moyens qu'il a mis en oeuvre pour me donner accès au terrain ainsi que pour son accueil enthousiaste à chaque fois que je l'ai rencontré. Je souhaite exprimer toute ma reconnaissance à Mr. Nicolas PERROT qui était prêt à répondre à toutes les questions sur le plan expérimental toujours avec le plus de précision et d'expertise, et à Mr. Patrick PANNIER pour sa précieuse assistance sur le banc moteur et sa grande patience pour accompagner mes essais expérimentaux. J'adresse toute ma gratitude à tous les membres de l'Equipe TSM pour leur accueil et leur bienveillance tout au long de ma présence au sein du l'Ecole Centrale de Nantes. J'aimerais de plus remercier les différents thésards ECN pour tous ces bons moments passés au travail et en dehors. Enfin, merci de tout mon coeur à mes parents et à mes amis pour leur patience, leur amour et leur indéfectible soutien tout au long de ces années. Constante de Stefan-Boltzmann s Conductivité thermique h Vitesse des gaz Tableau 1 : EU Emission Standards for Passenger Cars (Category M 1 *) [2] Depuis l'année 2003, ces émissions sont testées sur les cycles NEDC « New European Driving Cycle » qui ont subi une modification concernant le début de la mesure, en éliminant les 40 s qui étaient prises pour assurer l'échauffement du moteur dans les anciens cycles. Les normes Euro 5/6 sont ensuite suivies par quelques sous étapes (Euro 5/6a, b, c) prenant en considération de nouveaux besoins, en ce qui concerne les émissions de particules et leurs nombres PN. Comme le montre le tableau, la norme Euro 6 a est entrée en vigueur depuis septembre 2014. En ce qui concerne l'immatriculation et la vente des nouveaux types de véhicules, la date d'application est à partir de septembre 2015 [3]. On remarque que pour les moteurs Diesel la limite des émissions d'oxydes d'azote passe de 180 à 80 g/km sur le cycle NEDC, tandis que celle des particules est presque inchangée depuis 2009. Sur le plan industriel, la baisse drastique de ces émissions dans un moteur Diesel nécessite des efforts supplémentaires de la part des constructeurs d'automobiles qui cherchent dans le même temps à Chapitre 1 : Le chapitre 1 est une synthèse de l'étude bibliographique sur l'état de l'art qui a été menée en préambule à ce travail de thèse. Il comprend deux parties distinctes. Dans la première partie, sont exposées les principales caractéristiques de la combustion Diesel conventionnelle puis les différents mécanismes de formation des principaux polluants recensés dans la littérature. Dans la deuxième partie, un point est fait sur les différentes approches existantes pour la modélisation de la combustion et des émissions. Ces différents éléments sont ensuite utilisés pour définir le type de modélisation finalement retenue et sont également exploités lors du développement des modèles présentés dans les chapitres suivants.
Investigations numériques du processus de combustion dans un moteur diesel
2009
60 p. : ill. ; 30 cmLe développement actuel des moteurs à combustion interne doit répondre à une volonté persistante de réduction de la consommation et au respect des normes anti-pollution de plus en plus sévères. La simulation de la combustion dans les moteurs diesel est un outil très important car elle permet à un moindre coût une compréhension approfondie des caractéristiques de la combustion et prévoit également la formation de polluants. Une simulation numérique réussie de la combustion diesel exige la modélisation des divers processus, tels que le comportement du jet de carburant, le délai d'allumage, la chimie, la turbulence, etc.… aussi bien que les interactions entre elles. L’investigation numérique du processus de combustion diesel à différentes conditions d'injection a été effectuée dans ce travail en utilisant le code de KIVA-3v. La simulation numérique prouve l’aptitude des modèles adoptés à capter les mécanismes essentiels du processus de combustion diesel tels...