Etude expérimentale des mécanismes d’évaporation d’un film liquide combustible et de la stratification induite

Experimental study of the evaporation mechanisms of a liquid fuel film and induced stratification

• Auteur / Autrice : Quentin Mouret
• Direction : Dany Escudié, Cédric Galizzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique énergétique
• Date : Soutenance le 23/03/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre de Thermique de Lyon / CETHIL
• Jury : Président / Présidente : Christine Rousselle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dany Escudié, Cédric Galizzi, Christine Rousselle, Jérôme Bellettre, Thierry Schuller, Stéphane Jay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Bellettre, Thierry Schuller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocarbures

Évaporation

Mots clés libres

Energétique

Evaporation

Vapeurs

Stratification

N-Heptane

Fluorescence

Cylindre moteur

Hydrocarbures imbrulés

Energetic

Evaporation

Vapours

Stratification

N-Heptane

Fluorescence

Engine cylinder

Burnt hydrocarbons

Résumé

Durant les régimes de fonctionnement transitoires à froid des technologies d’Injection Directe Essence, des films liquides peuvent se former sur les parois du cylindre moteur. L’interaction entre le gradient de fraction de vapeur, résultant de l’évaporation de ces films avec le front de flamme, est responsable de la majorité des émissions d’hydrocarbures imbrulés (HC). Dans ces travaux, une configuration expérimentale simplifiée a été développée de façon à générer un gradient de fraction de vapeur par évaporation, dans un contexte d’écoulement réactif confiné, mais préservé des complexités inhérentes aux configurations industrielles. L’étude porte sur les influences de la vitesse de l’écoulement et de la température de l’interface de changement de phase sur les intensités des transferts de masse et de chaleur ainsi que sur l’établissement de la stratification de vapeur. Dans un premier temps, les flux de vapeur et de chaleur provenant d’une paroi poreuse saturée en liquide volatil ont été mesurés et évalués. Dans un second temps, le gradient de fraction de vapeur à proximité de la paroi poreuse a été caractérisé par un diagnostic de Fluorescence Induite par Laser (FIL). L’approche globale a confirmé que le flux de chaleur consommé par le changement de phase représente une part importante du flux de chaleur total échangé. De plus, les résultats de mesures de FIL ont montré l’existence de différents types de distributions et comportements provenant du lien étroit entre la forte densité du mélange gazeux et la formation de la couche de vapeur.

During cold start and warm up engine regimes for Gasoline Direct Injection (GDI) technology, fuel liquid films may accumulate on the cylinder walls. The interaction between the mass fraction gradient, witch is resulting from its evaporation, and the front flame, manages to produce the majority of Unburnt HydroCarbon (UHC) emissions. In order to reproduce the conditions found in internal combustion without the industrial setup complexity, an academic experimental configuration has been developed to generate a mass fraction gradient by evaporation. This study focuses on the influence of the air stream velocity and the influence of the phase change interface temperature. First, mass and heat fluxes from the phase change surface have been measured and calculated near a porous wall saturated with volatile liquid. Then, the mass fraction gradient near the porous wall has been characterised by a Laser Induced Fluorescence (LIF) diagnostic. The global approach has confirmed that latent heat flux represents a major part of the total heat transfer flux exchange. Moreover, LIF results have shown different global behaviours that link the high density of the gas mixture to the vapour layer formation.