Contribution à la modélisation 0D de la combustion Diesel: Application au Biodiesel - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Contribution to 0D modeling of combustion Diesel: Application to Biodiesel

Contribution à la modélisation 0D de la combustion Diesel: Application au Biodiesel

Résumé

The design and monitoring of modern diesel engines running on alternative fuels require reliable models that can validly substitute experimental tests and predict their operating characteristics under different load conditions. Although there exists a multitude of models for diesel engines, 0D phenomenological models present the advantages of giving fast and accurate computed results. These models are useful for predicting fuel spray characteristics and instantaneous gas state. However, there are few reported studies on the application of 0D phenomenological models on Biodiesel fuel combustion in diesel engines. This work reports the elaboration, validation and application on local Biodiesel combustion of a 0D phenomenological model for diesel engine simulation. The model addresses some specific aspects of diesel engine modeling found in previous studies such as the compromise between computers cost, accurateness and model simplicity, the reduction of the number of empirical fitting constant, the prediction of combustion kinetics with reduction of the need of experimental curve fitting, the ability to simultaneously predict under various loads engine thermodynamic and spray parameters as well as emission characteristics and finally the ability to simulate diesel engine parameters when fueled by alternative fuels. The model is implemented using a tabulated chemistry approach through a Matlab code. The proposed model predicts fuel spray behavior, in cylinder combustion and nitric oxides (NOx) emissions. The model is mainly based on Razlejtsev’s spray evaporation model, Watson’s double Wiebe function and Ferguson’s tabulated chemistry thermodynamic cycle algorithm. NOx emissions are implemented in the model using the extended Zeldovich mechanism, heat transfer and ignition delay are also taken into account in the model. The model is validated experimentally and the results show a good match both for the modeling of the conventional diesel combustion and Biodiesel. The running time of the model is about 25 seconds for a full cycle. It was also shown that our model is stable for variable time steps and thermochemical data for usual surrogates fuels can also be used effectively for the model.
La conception et le suivi des moteurs diesel modernes fonctionnant à l’aide de carburants alternatifs exigent des modèles fiables qui peuvent valablement remplacer les essais expérimentaux et prédire leurs caractéristiques de fonctionnement pour différentes conditions de charge. Bien qu'il existe une multitude de modèles appliqués à la combustion diesel, les modèles 0D phénoménologiques présentent les avantages de donner des résultats précis avec des temps d’exécution relativement courts. Ces modèles sont utiles pour la prévision des caractéristiques de pulvérisation du combustible et de l'état instantané des produits de combustion. Cependant, on note une certaine rareté dans la littérature scientifique, d'applications de ce type de modèle pour la combustion des Biodiesels dans les moteurs diesel. Ce travail porte sur l'élaboration, la validation et l'application à la combustion d’un Biodiesel local, d'un modèle 0D phénoménologique de simulation de la combustion diesel. Ce travail traite de certains aspects spécifiques à la modélisation de la combustion diesel tels que traités dans la littérature, à savoir : le compromis entre temps d’exécution, la précision et la simplicité des modèles; la réduction du nombre de constantes empiriques ; la prédiction de la cinétique de combustion sans données expérimentales préalables au calibrage du modèle ; la capacité à simuler pour différents points de fonctionnement les paramètres thermodynamiques des produits de combustion, de pulvérisation du carburant et d’émissions polluantes ; la capacité à simuler les paramètres du moteur diesel lors d’un fonctionnement au Biodiesel pour différents régimes de fonctionnement. Le modèle est implémenté en utilisant une approche à chimie tabulée sous code Matlab. Le modèle proposé prédit la pulvérisation du combustible, la combustion dans le cylindre et les émissions d’oxydes d’azote(NOx). Le modèle est principalement basé sur le modèle d'évaporation et pulvérisation de Razlejtsev, le modèle de dégagement de chaleur à double fonction de Wiebe de Watson et le modèle de combustion à chimie tabulée d’Olikara et Ferguson. Les émissions de NOx sont calculées à partir du mécanisme étendu de Zeldovich, les transferts thermiques et le délai d’auto inflammation sont également pris en compte dans le modèle. Le modèle est validé expérimentalement et les résultats présentent une bonne adéquation tant pour la modélisation de la combustion diesel conventionnelle que celle du Biodiesel. Le temps d’exécution du modèle est d‘environ 25 secondes pour un cycle complet. Il a également été montré que notre modèle est stable pour un pas de temps variable et que les données thermochimiques des carburants de substituts usuels peuvent également être utilisées de manière effective pour le modèle.
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Dates et versions

tel-01402308 , version 1 (24-11-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01402308 , version 1

Citer

Claude Valery Ngayihi Abbe. Contribution à la modélisation 0D de la combustion Diesel: Application au Biodiesel . Génie mécanique [physics.class-ph]. UNIVERSITE DE YAOUNDE I, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01402308⟩

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