Determination of a cavitation model to consider its impact on the atomization in Diesel engine injection

• Auteur / Autrice : Yann Meslem
• Direction : François-Xavier Demoulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel -- Alimentation en carburant

Cavitation

Mots clés libres

Equations de Rayleigh-Plesset

Modèle ELSA*

Résumé

La simulation de la combustion est aujourd’hui une étape indispensable dans les processus de conception et de mise au point des moteurs à combustion interne mais requiert de connaître les caractéristiques macroscopiques du spray (angle, longueur de pénétration, répartition des tailles de goutte), notamment dans le cadre des moteurs Diesel à injection directe. De précédentes études ont montré que le phénomène de cavitation, très présent dans l’injection Diesel haute pression, modifie les caractéristiques macroscopiques du spray. Le travail effectué durant cette thèse s’articule autour de la modélisation de la cavitation et de son impact sur l’atomisation dans le cadre de l’injection Diesel. Le modèle ELSA fournit à la fois une expression Lagrangienne de la zone diluée du spray et une expression Eulérienne de la zone dense du spray. Ainsi, il apporte les données relatives au spray d’une part, nécessaires aux calculs de combustion, et permet l’observation des interactions entre l’écoulement interne de l’injecteur et le développement du spray d’autre part. C’est pourquoi ce modèle a été choisi pour cette étude et développé de manière à prendre en compte le phénomène de cavitation. La majorité des modèles de cavitation est basée sur une version plus ou moins simplifiée de l’équation de Rayleigh-Plesset, qui régit la dynamique des bulles sphériques. Le modèle ici développé est basé sur cette équation dans une version complète et simplifiée. L’impact des phénomènes pris en compte dans cette équation a été préalablement étudié sur un cas réaliste d’injection Diesel haute pression. Finalement, la combinaison d’un modèle de cavitation, adapté aux configurations d’injection Diesel, et de l’approche ELSA pour représenter les zones denses diphasiques, permet d’obtenir une modélisation innovante de l’injection et de la cavitation. Les approches proposées sont testées sur une configuration académique dont l’écoulement interne ainsi que le spray ont été caractérisés.