Étude expérimentale et modélisation de la cokéfaction des huiles aéronautiques

Experimental study and modeling of coking in aeronautical oils

• Auteur / Autrice : Loren Nizard
• Direction : Pierre-Alexandre Glaude, Baptiste Sirjean
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 17/05/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 4 - CITHERE - Cinéthique et Thermodynamique pour l'Energie

Mots clés

Mots clés libres

Huile aéronautique

Turbomachine

Dégradation thermo-oxydative

Cokéfaction

Dépôts

Aeronautical oil

Turbomachine

Thermo-oxidative degradation

Coking

Deposits

Résumé

Les huiles moteur sont soumises à des contraintes thermiques pouvant conduire à la formation de dépôts solides, dans les systèmes d'huile, et mener à des phénomènes tels que des obstructions, du colmatage… Le phénomène de cokéfaction est une conséquence de la stabilité thermique de l'huile, c'est-à-dire sa tendance à former des dépôts, solubles ou insolubles, sous l'effet de la température. Safran Aircraft Engines prépare les prochaines générations d'architectures de moteurs et d'ensembles propulsifs ainsi que la montée en maturité des technologies clés de demain. Aussi, afin d'anticiper ce phénomène, il a été proposé une thèse expérimentale dédiée à reproduire empiriquement la cokéfaction de l'huile, afin de pouvoir, à l'avenir, alimenter les données d'entrée des modèles numériques destinées à la prédiction de la formation et la quantité de dépôts en fonction des conditions moteur. La littérature met en avant de nombreux travaux dans le domaine des carburants et en particulier pour des problématiques de stabilité lors du stockage et du transport au sein des systèmes de propulsion. Cependant, la cokéfaction des huiles aéronautiques est un domaine scientifique peu exploré. Aussi, les spécificités chimiques et d'usage des huiles aéronautiques nécessitent d'étudier expérimentalement leur comportement pour évaluer leur réponse au processus de cokéfaction dans des conditions opératoires maîtrisées. De précédents travaux [1],[2] ont permis d'avoir une meilleure compréhension de la dégradation oxydative des huiles. Les travaux proposés dans cette thèse exploreront un autre aspect de la dégradation des huiles, en se focalisant sur la compréhension des conditions de formation de dépôt sous forme de coke, ainsi que sur la dynamique d'accumulation de ces derniers selon différents régimes, en se basant sur l'environnement moteur et l'huile utilisée, à travers divers moyens d'essai. Afin de s'assurer de la représentativité des conditions de formation de dépôt, une attention particulière sera portée sur la mise en place de moyen d'essais relatifs à la dégradation des huiles dans les conditions de fonctionnement moteur, en faisant varier divers paramètres (la température, la durée d'exposition, la géométrie, l'état de surface des matériaux en contact, …). En appui des activités expérimentales, un effort sera mené afin de développer des lois empiriques capables de prédire la formation de dépôt [1] Duong S., Modélisation de la dégradation de l'huile dans un Turboréacteur, Thèse de doctorat, 2015-2018, Sorbonne Université (ED391). [2] Loyal A., Étude expérimentale et modélisation de la dégradation d'huiles de lubrification aéronautiques, Thèse de doctorat, 2019-2022, Sorbonne Université (ED391).

Engine oils are subjected to thermal stresses that can lead to the formation of solid deposits within oil systems, resulting in phenomena such as blockages and clogging... The phenomenon of coking is a consequence of the thermal stability of the oil, meaning its tendency to form deposits, either soluble or insoluble, under the influence of temperature. Safran Aircraft Engines prepares the next generations of engine architectures and propulsion systems, as well as the maturation of key technologies of tomorrow To anticipate this phenomenon, an experimental thesis has been proposed to empirically reproduce oil coking, in order to provide input data for numerical models aimed at predicting the formation and quantity of deposits under engine conditions in the future. Literature highlights numerous studies in the field of fuels, particularly focusing on stability during storage and transport within propulsion systems. However, coking of aeronautical oils remains a relatively unexplored scientific domain. Therefore, the chemical specificities and usage of aeronautical oils require experimental study to evaluate their behavior in response to the coking process under controlled operational conditions. Previous works [1],[2] have contributed to a better understanding of oxidative oil degradation. The proposed studies in this thesis will explore another aspect of oil degradation, focusing on understanding the conditions for coke deposit formation and the dynamics of their accumulation under different regimes, based on engine environment and oil used, using various testing methods. To ensure the representativeness of deposit formation conditions, special attention will be given to setting up test methods related to oil degradation under engine operating conditions, varying parameters such as temperature, exposure duration, geometry, and surface condition of contacting materials. In support of experimental activities, efforts will be made to develop empirical laws capable of predicting deposit formation. [1] Duong S., Modélisation de la dégradation de l'huile dans un Turboréacteur, Thèse de doctorat, 2015-2018, Sorbonne Université (ED391). [2] Loyal A., Étude expérimentale et modélisation de la dégradation d'huiles de lubrification aéronautiques, Thèse de doctorat, 2019-2022, Sorbonne Université (ED391).