Modélisation du refroidissement des pistons haute performance

• Auteur / Autrice : Ludovic Osmar
• Direction : Jean-Paul Caltagirone, Stéphane Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 28/06/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Thierry Collin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Cavallaro, Guillaume Mermaz-Rollet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Estivalèzes, Françoise Bataille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence de sillage

Écoulement diphasique

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Transfert de chaleur

Ecoulements diphasiques

Turbulence

Cocktail shaking

Heat transfer

Two-phase flow

Turbulence

Cocktail shaking

Résumé

De manière à respecter les normes européennes en matière d’émission de gaz polluants, les constructeurs automobiles pratiquent le downsizing. Cette pratique consiste en une réduction de la cylindrée des moteurs tout en maintenant un bon niveau de performance. Il s’en suit des puissances spécifiques moteur importantes, l’objectif cible étant de l’ordre de 100 kW/l. Pour de telles puissances, les températures atteintes au niveau des pistons sont élevées, ce qui pose alors le problème de leur tenue thermomécanique. Le refroidissement du piston devient donc un acteur important de la fiabilité du moteur. Le procédé le plus répandu actuellement est le refroidissement par jet d’huile. Le piston est alors refroidi par un écoulement turbulent diphasique incompressible (Air/Huile) dans un environnement mobile. Il s’agit de phénomènes physiques complexes qui sont pour l’instant mal connus. L’optimisation du refroidissement nécessitant une bonne compréhension des phénomènes physiques concernés, nous nous proposons dans ce mémoire de le modéliser au moyen du modèle 1-Fluide diphasique couplé à l’équation de l’énergie.

The present work aims at studying the cooling system used in cars engine to ensure piston thermo mechanical resistance by numerical simulation. Most of actual engines use an oil jet cooling system coupled with 'cocktail shaking' to extract heat from piston. This cooling method brings into play a two-phase incompressible turbulent flow in a mobile environment, due to motion of pistons in the cylinder. The need today for more effective cooling of pistons involves an accurate understanding of the physical mechanisms which are concerned. Modeling could be a good way to achieve it. The idea is to support the engine design process to account for advanced technologies to improve turbine or engine performances, less fuel burn and green house gases. In the present work, a numerical model dedicated to the simulation at small scale of oil/air two-phase flows and related heat transfers is proposed to characterize the cooling of engine elements under fragmented jet impact.