octobre 29, 2020

Optimisation des performances énergétiques et environnementales des moteurs thermiques

Par damien

L’étude au moyen des techniques numériques des moteurs à combustion interne à allumage par étincelle est en ligne avec les tendances de développement les plus récentes de ces moteurs, qui préfèrent l’injection directe d’essence à l’injection dans les conduits d’admission, en raison des nombreux avantages de cette technologie. est capable de livrer. La simulation du fonctionnement des moteurs GDI a conduit au développement de sous-modèles extrêmement prédictifs de la dynamique de la pulvérisation de carburant dans la chambre de combustion et des performances énergétiques et environnementales dans le type mixte, charge homogène ou stratifiés et globalement pauvres. La synergie entre les activités numériques et l’expérimentation menée sur des moteurs optiquement accessibles a été particulièrement utile pour caractériser les phases de combustion initiales et l’influence de la stratégie d’injection sur l’émission de puissance et sur la formation de polluants. ainsi que pour l’identification des conditions pour lesquelles une combustion anormale se produit.

La modélisation de la dynamique thermo-fluide suit des approches classiques de CFD (dynamique des fluides computationnelle) basées sur l’intégration des équations de Navier Stokes médiées par Reynolds, auxquelles des modèles de fermeture appropriés pour la turbulence et des schémas pour la prédiction des termes sources en raison de la cinétique chimique de réaction. La cinétique de pré-flamme responsable de l’éventuelle inflammation spontanée de la zone dite de fin de gaz du mélange est étudiée en utilisant des schémas cinétiques de type lumped et en réduisant les chemins de réaction, c’est-à-dire en regroupant des espèces chimiques ayant un comportement similaire et en négligeant les réactions ayant moins d’influence sur le processus aux fins d’une réduction substantielle de la charge de calcul.

Propagation de la flamme: densité surfacique de la flamme calculée numériquement (en haut) sur deux plans orthogonaux avec présence d’une poche placée côté injecteur (flèche rouge) où la probabilité de détonation est élevée en fonction des images collectées sur un moteur optiquement accessible ( vers le bas)

Le couplage des modèles CFD avec des algorithmes d’optimisation multi-objectifs permet également d’améliorer les performances énergétiques et environnementales des systèmes de combustion pour véhicules automobiles en formulant et en résolvant des problèmes adaptés à l’application spécifique considérée.

Exemple d’optimisation multi-objectifs pour charge stoechiométrique: min NO, min HC, pas de détonation