Caracterisation des structures d'un ecoulement de rotation en milieu confine. Application aux ecoulements internes aux cylindres de moteurs alternatifs

• Auteur / Autrice : MARC TRUSCELLI
• Direction : Michel Thelliez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Les objectifs de cette etude concernent la caracterisation experimentale de l'aerodynamique generee par les conduits d'admission dans les cylindres des moteurs. L'ecoulement etudie, de type swirl, est issu d'une maquette prototype de moteur diesel a injection directe. La premiere partie du travail a consiste a fabriquer et mettre au point un banc recevant diverses methodologies complementaires : globales a un parametre (moulinet, redresseur a nid d'abeilles) et velocimetrie laser (ldv, piv). Des mesures ont ete effectuees avec ces methodes et en particulier des 3 composantes de la vitesse dans tout le cylindre par velocimetrie. Les possibilites de diagnostic, d'optimisation et d'analyse aerodynamique offertes par le redresseur ont ete illustrees par une etude parametrique en fonction de la position du conduit relativement au cylindre. La representativite des differentes approches globales de la rotation, et donc des mesures a un parametre, a ete discutee a l'aide des champs de vitesse integres permettant par ailleurs de quantifier plusieurs aspects de l'ecoulement. L'importance du mouvement axial et de son homogeneite a ete mise en lumiere. Les differentes structures tridimensionnelles de l'ecoulement ont ete decrites grace a des visualisations utilisant conjointement les champs piv et ldv. Il en ressort que l'interaction entre le jet a la soupape et les parois du cylindre conditionne tous les phenomenes a l'aval. Dans l'optique d'une methode generale de diagnostic, cela incite a prevoir une etude prealable des jets. Certaines caracteristiques propres au swirl issu d'un seul conduit d'admission ont ete remarquees : point d'inversion de vitesse tangentielle aux parois, combinaison de la rotation de swirl et du sillage sous la soupape empechant la formation d'un point de recollement. Pour etre complete, la caracterisation devait traiter de la stabilite du mouvement tournant. Dans ce but un traitement de detection des zones tourbillonnaires sur des champs de vitesse a ete developpe et applique aux champs piv moyens et instantanes en serie. Les resultats ont confirme la presence de precession du centre de swirl et la difference entre les champs moyen et instantanes. Sur ces derniers, plus representatifs, on a pu observer les profils de vitesse montrant l'acceleration de la rotation au centre.