La modélisation des moteurs à combustion
La combustion représente la plus grande partie des processus de conversion d'énergie qui ont lieu à travers le monde. Une modélisation précise est donc primordiale pour réaliser les objectifs de la stratégie Europe 2020 visant à réduire les émissions des moteurs et appareils à combustion. En réponse à la demande croissante d'outils de simulation fiables pour les écoulements réactifs, des scientifiques ont initié le projet COMBINA («Combustion models for industrial applications») financé par l'UE. Les partenaires du projet, issus de cinq pays, ont uni leurs forces en vue de développer des modèles avancés de combustion en régime pré-mélangé, partiellement mélangé et à injecteur. Le modèle de combustion en régime pré-mélangé était basé sur une approche de modélisation de la fermeture de la vitesse de flamme turbulente (modèle de type Bray-Moss-Libby (BML)) qui a été installée sur le logiciel de calcul en dynamique des fluides FINE/Open. Afin de simuler des flammes pré-mélangées à un régime de combustion dilué ou partiellement pré-mélangé, les scientifiques ont couplé le modèle BML à l'approche fraction des flammettes. La méthode FGM (flamelet generated manifold) a constitué une alternative à la modélisation BML-flammettes hybride. Les modèles mis au point ont été validés suite à une série de scénarios de test allant de la vérification analytique et configuration de flamme spécifique aux scénarios de test industriels complexes. Tous ces modèles sont disponibles sur l'outil logiciel par le biais d'une interface graphique conviviale. Pour modéliser les injecteurs de type évaporation, les scientifiques ont intégré un module Lagrangian au logiciel FINE/Open et l'ont couplé aux modules de combustion développés. Après avoir été validé sur une série de flammes d'injecteur élémentaire, il a également servi à simuler deux chambres à combustion de moteurs aéronautiques. Les résultats ont démontré que le modèle FGM est une approche mieux adaptée pour simuler des processus de combustion par injecteur que la méthode par flammettes. En vue de générer des données appropriées à la validation de modèles numériques d'injecteur, un membre du projet a réalisé des mesures d'injection de carburant Jet A1 à froid sous diverses pressions de décharge. La répartition de la taille des gouttelettes a été mesurée par imagerie interférométrique des particules. Les partenaires du projet ont également produit une réplique d'un brûleur industriel à pré-mélange et réalisé des mesures selon divers modes de tourbillonnement afin de valider les modèles de combustion en régime pré-mélangé. COMBINA a offert aux partenaires universitaires l'occasion de tester des modèles avancés dans un environnement industriel alors que jusqu'à présent leur application se limitait à des codes sur des configurations simplifiées. Les résultats du projet ont été diffusés au travers d'une présentation en atelier et sur le site Web de l'atelier.
Mots‑clés
Moteurs à combustion, modèles de combustion, applications industrielles, pré-mélangé, combustion à injecteur
