Contribution à la modélisation de la combustion turbulente des milieux à deux phases - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 1999

Contribution à la modélisation de la combustion turbulente des milieux à deux phases

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Abstract

This thesis deals with the modelling of the turbulent combustion in two-phase flow that occurs in Diesel engine. Some experiments, especially those presented in this thesis, suggest that when the fuel needed for the combustion is injected in a liquid form, the fluctuation of the equivalence ratio in gas phase, are enhanced. This phenomenon must be taken into account to represent the mixing process and could be due to the presence of fuel droplets. During their vaporisation, the droplets play the role of local source terms randomly distributed in space, which create fluctuation with a characteristic length scale equal to the mean space between the droplets. These added fluctuations are taken into account by introducing a set of terms due to the vaporisation, in the equation for the root mean square of the mixing variable. Considering the local equation of a two-phase flow medium closes these terms. We have shown the importance of a new variable, which describes the state of mixing at the liquid surface when a new fluid particle is evaporated. A closed equation was written for this variable. Both these new characteristics permit to describe the mixing more accurately. In order to describe the combustion, our rst attempt was to use a model based on the assumption of an in nitely fast chemistry. Thus the chemical state of the medium depends only on the vaporisation and of the mixing with out any influence of the chemistry. After that, the MIL model of Gonzalez and Borghi is used to take into account some effects due to the finite chemical rate, by assuming that the chemistry is infinitely sudden. Both models were tested in two different experimental con gurations: the rst one is a jet flame and the second one is a bomb simulating a Diesel combustion room. The levels of fluctuations found in the numerical simulations are quite high and emphasise the importance estimating accurately the scalar dissipation. The results computed with these models are in agreement with the experiments, especially for the Diesel bomb, the Mil model permits to estimate realistically the auto ignition time and the flame length.
Le sujet de cette thèse est la modélisation de la combustion turbulente en milieu diphasique telle qu'elle a lieu par exemple dans les moteurs Diesel. Certaines expériences notamment celles présentées dans cette thèse suggèrent que quand le combustible nécessaire à la combustion est sous forme d'un nuage de gouttes, les fluctuations en particulier de richesse dans le milieu gazeux sont plus fortes. Cela doit être pris en compte dans la modélisation et pourrait être dû à la présence des gouttes. Celles-ci en s'évaporant, jouent le rôle de sources de combustible ponctuelles, aléatoirement réparties dans l'espace, ce qui crée plus de fluctuations à l'échelle de l'espace intergoutte. Ces fluctuations supplémentaires sont prises en compte ici par un groupe de termes lié à l'évaporation, dans l'équation de la variance de la variable de mélange, qui sont fermés en considérant les équations locales d'un milieu diphasique. L'importance d'une nouvelle variable décrivant l'état du mélange à la surface des gouttes au moment de l'évaporation d'une particule fluide a été montrée. Une équation fermée a été écrite pour cette variable. Ces deux nouvelles caractéristiques permettent de mieux décrire l'état du mélange. Pour représenter la combustion nous avons d'abord utilisé un modèle qui suppose que la chimie est infiniment rapide. L'état du milieu thermochimique est alors complètement dépendant de l'évaporation et du mélange sans influence de la cinétique chimique. Le modèle MIL de Gonzalez et Borghi est ensuite utilisé pour prendre en compte certains effets chimiques. Il suppose que la chimie est infiniment brusque, c'est-à-dire à température d'activation très élevée. Ces deux modèles ont été testés pour deux configurations expérimentales, une flamme de type jet et une bombe simulant la combustion dans les moteurs Diesel. Les taux de fluctuation trouvés lors de ces simulations sont assez élevés et mettent en avant la nécessité de bien estimer la dissipation des fluctuations scalaires. Les résultats trouvées en utilisant ces modèles sont comparables à ceux mesurés, notamment dans le cas de la bombe de type Diesel, le modèle MIL permet de retrouver un temps d'auto-allumage et une longueur de la flamme réaliste.
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tel-00011687 , version 1 (27-02-2006)

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Cite

François-Xavier Demoulin. Contribution à la modélisation de la combustion turbulente des milieux à deux phases. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011687⟩
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