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Modelling of unsteady combustion in low emission systems

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Plus propre, par conception

Les émissions de polluants sont l'un des principaux soucis des concepteurs de moteurs. Le projet MUSCLES a mis au point des techniques de mesure par laser, pour optimiser les modèles sophistiqués de la combustion dans les moteurs d'avion, et déterminer l'influence des conditions de la combustion sur l'émission de particules solides.

Technologies industrielles

Dans une large mesure, la sécurité, la fiabilité et la propreté du fonctionnement des moteurs à combustion interne dépendent du processus de mélange d'air et de carburant, avant l'allumage. Ce mélange affecte le processus de combustion, mais aussi la formation des polluants et les émissions d'hydrocarbures imbrûlés. La conception d'un moteur se heurte donc à la nécessité de réaliser un compromis entre un taux élevé de compression (nécessaire pour réduire l'émission de gaz carbonique) et une combustion pauvre avec des zones de basse température (pour réduire l'émission des oxydes d'azote). L'application de méthodes sophistiquées de simulation aux grandes échelles (SGE) a fait progresser la modélisation des instabilités de combustion et permis de concilier les exigences opposées. Le projet MUSCLES a largement fait appel aux diagnostics par laser, pour recueillir des données expérimentales et valider les outils de prévision des performances. C'est ainsi que la fluorescence induite par laser (FIL) a été utilisée par le Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, un partenaire du projet, pour mesurer la température au sein des gouttelettes de carburant. La durée d'une impulsion laser, en général quelques nanosecondes, suffit pour étudier des gouttelettes de carburant de taille sub-millimétrique. Plus précisément, la fluorescence en deux couleurs d'un colorant organique, dissous dans le carburant, a servi à estimer les variations de température dans un volume suffisamment réduit de carburant. Même si le volume des gouttelettes de carburant en cours d'évaporation change rapidement, le temps de réponse de cette technique est suffisamment court pour effectuer des mesures exactes de la température. Afin d'améliorer cette technique pour l'utiliser dans des moteurs d'avion en service réel, on y a intégré la mesure du diamètre des gouttelettes. Il faudra cependant poursuivre les recherches avant d'être capable de générer des cartes des températures en trois dimensions de l'intérieur d'une chambre de combustion, pour la pulvérisation de carburants d'avions comme le kérosène.

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