Transfert moderne de chaleur par turbulence pour les moteurs à combustion interne
Les flux d'air et de carburant obéissent presque toujours aux lois de la turbulence dans les cylindres d'un moteur à combustion interne. Plus le flux d'air est turbulent, plus le mélange entre l'air et le carburant avant l'allumage sera important. Si la turbulence au moment de l'allumage entraîne une combustion rapide et complète, elle est également responsable d'un taux de transfert de chaleur plus élevé vers les parois du cylindre, diminuant ainsi le rendement thermique du moteur. Dans le cadre du projet MINNOX, certains des grands noms de l'industrie automobile européenne ont mis en commun leur expérience et leur expertise avec des grandes universités d'Europe. Leur objectif final étant de développer un modèle physique permettant des prévisions exactes du transfert de chaleur, de la vitesse et du profil de température à l'intérieur d'un cylindre de moteur à combustion interne. Ce modèle serait validé par les mesures fournies par le prototype expérimental développé au cours du projet. L'approche numérique est particulièrement intéressante pour l'industrie automobile en raison de sa capacité de production et d'analyse des résultats dans un délai raisonnable. Elle permettrait une accélération de la vitesse de conception des moteurs et plus important encore de son processus d'optimisation. Le modèle proposé par les partenaires du projet de l'université de technologie de Delft est suffisamment simple pour être appliqué aux codes commerciaux de mécanique des fluides numérique (MFN). Il est également capable de capturer la plupart des effets importants se produisant dans le cylindre moteur comme les effets transitoires ou ceux survenant près des parois. L'approche adoptée dans ce travail se base sur une modélisation de relaxation elliptique, plus avancée que les méthodes courantes à deux équations mais plus simple que le modèle complet de turbulence aux tensions de Reynolds. Pour obtenir un modèle de turbulence nécessitant des maillages de calculs suffisamment fins, de nouvelles fonctions généralisées aux parois et non restreintes par les hypothèses courantes d'équilibre ont été ajoutées. Une vérification du modèle dans des configurations idéales s'est révélée en accord avec les calculs de vitesse et de température obtenues à partir de données expérimentales ou par simulation des grandes échelles (LES, pour Large Eddy Simulation).
