Analyse quantitative de processus d'atomisation : application à l'injection Diesel automobile

• Auteur / Autrice : Kamel Lounnaci
• Direction : Claude Rozé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Energétique
• Date : Soutenance en 2015
• 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

Lasers femtoseconde

Traitement d'images

Moteurs diesel -- Alimentation en carburant

Écoulement -- Visualisation

Automobiles -- Dispositifs antiprojections

Atomisation

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Imagerie ombroscopique ultra-rapide

Résumé

Les constructeurs automobiles sont confrontés à de nombreuses contraintes, tant économiques qu’écologiques. Ainsi le développement des moteurs automobiles doit répondre à une volonté de réduction de la consommation de carburant et à des normes de plus en plus restrictives en ce qui concerne l’émission de gaz polluants. Cette diminution nécessite un contrôle très fin de l’atomisation, qui est la première étape de tout processus de combustion liquide. En effet, la compréhension des paramètres d’injections de carburant est un maillon essentiel de l’optimisation du processus de combustion. Ce travail, appliqué à l’injection Diesel haute pression, propose des méthodes d’analyses capables de caractériser le comportement de l’atomisation en introduisant des grandeurs quantitatives pertinentes. Le principe de cette approche est d’examiner un ensemble d’images, résolues en espace et en temps, afin de déterminer des corrélations entre les caractéristiques du jet en proche sortie d’injection. Les conditions extrêmes de l’injection Diesel justifie la nécessité d’utiliser des techniques optiques élaborées, l’imagerie ombroscopique ultra-rapide couplée à une source laser femtoseconde double impulsion est utilisée dans ce travail. Les principales caractéristiques extraites sont : la morphologie du jet à différentes échelles spatiales, l’efficacité de l’atomisation, la déformation de l’interface liquide/gaz et la vitesse des structures liquides. Ces grandeurs sont ensuite utilisées comme outils de comparaison entre simulation numérique et expérience

Car manufacturers are facing many constraints, both economic and ecological. Therefore, the development of automobile engines must satisfy a will to reduce fuel consumption and emission of pollutants. This reduction requires a very fine atomization control, which is the first step in any process of liquid combustion. Indeed, understanding of fuel injection parameters is an essential link to the optimization of the combustion process. This work, applied to the high-pressure Diesel injection, offers analysis methods able to characterize the atomization behavior by introducing relevant quantitative variables. The principle of this approach is to examine a set of images, resolved in space and time to determine the characteristics of the jet near injection outlet. The extreme conditions of the diesel injection justifies the need to use sophisticated optical techniques, ultra-fast shadowgraphy coupled with a double pulse femtosecond laser source. Main features extracted are: the morphology of the jet at different spatial scales, the efficiency of atomization, the deformation of the liquid/gas interface and the liquid velocity structures. These quantities are then used as tools of comparison between simulations and experiments.