Numerical simulation of flows in an active air intake device of internal combustion engine with pulsated air flow

par Deepak Kumar

Thèse de doctorat en Energétique, Thermique, Combustion

Sous la direction de David Chalet.

Le président du jury était Pascal Stouffs.

Le jury était composé de David Chalet, Pascal Stouffs, Sofiane Khelladi, Smaïne Kouidri, Amélie Danlos, Jean-François Hetet.

Les rapporteurs étaient Sofiane Khelladi, Smaïne Kouidri.

  • Titre traduit

    Simulation numérique des écoulements au niveau d’un système d’admission d’air actif de moteur à combustion interne en présence d’un débit d'air pulsé


  • Résumé

    Les émissions polluantes à l’échappement des véhicules automobiles sont l'une des principales sources de pollution de l'air dans le monde d'aujourd'hui. Par conséquent, la législation a évolué afin de limiter ces émissions. L'un des aspects clés pour répondre consiste à bien maîtriser les échanges gazeux au sein du moteur à combustion interne. Cette amélioration est possible par l'optimisation de répartiteurs d'admission d'air. Dans ces répartiteurs d'admission d'air, la maitrise de l’écoulement de type tumble est une piste de progrès. Des volets sont installés à la sortie du répartiteur afin d'améliorer le rapport de tumble et donc le mélange air-carburant (VTS-Variable Tumble System). Une autre caractéristique de l'écoulement à l'intérieur des répartiteurs est l'effet des écoulements pulsés qui engendrent des fluctuations de pression assez importante. Par conséquent, le but de cette étude consiste à simuler le flux d'air pulsé à l'intérieur des répartiteurs d'admission et à identifier l'effet des pulsations de pression sur les composants actifs tels que les volets. Le travail de simulation dans la présente thèse a été effectué à partir du code open source CFD OpenFOAM. Dans un premier temps, l'effet des pulsations de pression est simulé à l'intérieur d'un tube d'acier et une méthodologie de simulation est développée. Les résultats de la simulation sont validés à partir de résultats expérimentaux obtenus sur un dispositif spécifique, le banc dynamique. Ensuite, des simulations ont été effectuées sur le répartiteur d'admission principal avec des volets. Tout d’abord, les simulations sont effectuées en régime permanent avec cinq positions d'ouverture différentes du clapet. Les forces et les moments agissant sur le volet en régime permanent sont obtenus et analysés. Puis, des simulations en régime transitoire avec des effets de pulsation de pression sont effectuées. Les résultats de la simulation instationnaire sont comparés aux résultats expérimentaux en termes de fluctuations de pression relative. Les effets des pulsations de pression sur les forces aérodynamiques et les moments agissant sur les volets sont analysés et commentés.


  • Résumé

    The exhaust emissions from automobiles are one of the major sources of air pollution in today’s world. Thence,research and development is the key feature of the modern automotive industries to meet strict emission legislation. One of the key aspects to meet these requirements is to improve the gas exchange process within internal combustion engines. It is possible by the design optimization of the air intake manifolds for internal combustion engines. One of such advancement in air intake manifolds is variable tumble systems (VTS). In VTS system, tumble flaps are installed at the exit of the manifold runner in order to improve tumble ratio and hence air-fuel mixing. Another feature of the flow inside the intake manifolds is pressure pulsation effect. Therefore, the aim of the Ph.D. work is to simulate the pulsating air flow inside the air intake manifolds and to identify the effect of the pressure pulsations on the active components like tumble flaps. The simulation work in the present thesis has been carried out on open source CFD code OpenFOAM. In a first step, the effect of pressure pulsations is simulated inside a steel tube and a simulation methodology is developed. The results of the simulation are validated on a specific experimental device, the dynamic flow bench. Then,simulations have been carried out on the main intake manifold with tumble flaps. Firstly, the simulations are performed with five different opening positions of the tumble flap in a steady state configuration. The forces and moments acting on the flap in steady state are obtained and analyzed. Then, unsteady simulations with pressure pulsation effects are performed. The results of obtained from unsteady simulation are compared with the experimental results in terms of relative pressure fluctuations. The effect of the pressure pulsation on the aerodynamic forces and moments acting on the tumble flaps are analyzed and explained.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.