Etude du modèle en cas inerte (Point de référence)

Afin de décider des valeurs du coefficient C₃ et de la température de paroi Tw, deux niveaux de chaque paramètre sont étudiés pour le point de référence (point 2) dans la phase de compression et jusqu’à l’injection du carburant. La Figure 154 montre la comparaison des pressions simulées et expérimentales.

(a) (b)

Figure 154 : Comparaison des pressions simulées et expérimentales en fonction des valeurs des paramètres du modèle de pertes aux parois, pour le point de référence

Globalement, pendant toute la durée de compression, les résultats simulés sont en bon accord avec l’expérience. Comme attendu, la pression simulée est plus élevée quand le coefficient C₃ est plus petit et la température de paroi est plus élevée (moins de pertes de chaleur par les parois). La courbe verte donne une pression comparable avec la pression expérimentale à la fin de la compression, mais les valeurs de pression au cours de la compression sont légèrement inférieures aux valeurs expérimentales.

C₃ [-] Tw [K] Erreur Relative [%]

110 400 4.33

110 450 5.45

220 400 0.24

220 450 2.30

Tableau 22 : Erreurs relatives entre les pressions simulées et l’expérience au moment de l’injection

Le Tableau 22 illustre les erreurs relatives de pression au moment de l’injection pour chaque combinaison de paramètres. Dans tous les cas, les écarts sont inférieurs à 6 %. La combinaison de C₃ = 220 et Tw = 400 K est choisie pour les modèles à chimie simple (CS) et sans chimie (SC) afin de minimiser l’erreur par rapport à l’expérience. En revanche, comme cela a déjà été mentionné dans la partie 4.2 le n-heptane a des délais d’inflammation plus longs que le gazole. Pour essayer de compenser cette différence et obtenir des délais d’inflammation proches de l’expérience, la combinaison C₃ = 110 et Tw = 400 K est retenue pour le modèle à chimie détaillée (CD), afin d'avoir au moment de l’injection une température et une pression plus élevées et plus

favorables à l’inflammation. Une analyse plus détaillée de la sensibilité des résultats à ces paramètres sera présentée ultérieurement.

Pour les autres paramètres du modèle, les valeurs par défaut sont indiquées dans le Tableau 23Tableau 23.

Paramètres Valeur de référence

Angle du spray Cjet 0.5 (CD) /0.26 (CS, SC)

Pertes aux parois C3 110 (CD) /220 (CS, SC)

Température des parois Tw 400

Nombre de zones du spray 5

Découpage des zones Longueur unique

Coefficient d’évaporation 1^E+6

Température du carburant 373 K

Tableau 23 : Valeur des paramètres du modèle (Injection simple)

4.3.1.1 Modèle à chimie détaillée (CD)

Figure 155 : Taux d’introduction Figure 156 : Pression et température moyenne

Figure 159 : Volumes des zones du spray Figure 160 : Sections des zones du spray

Figure 161a : Richesse moyenne avant la fin de l’injection Figure 161b : Richesse moyenne après la fin de l’injection

La Figure 155 montre le taux d’introduction simulé. Un délai de 0.27 ms est à noter entre les valeurs d’avance indiquées dans les descriptifs des points de fonctionnement (signal électrique) et l’ouverture effective de l’injecteur (levée d’aiguille et début de l’introduction du carburant). La quantité injectée étant relativement faible, le taux d’introduction est essentiellement transitoire et reste très peu de temps en régime « pseudo permanent ». L’injection se termine vers 6.7 °V, avant que le spray ne touche les parois.

La Figure 156 montre l’évolution de la pression et de la température moyenne qui, grâce au taux de compression élevé atteint environ 1000 K au PMH. L’effet de refroidissement lié à l’introduction du carburant (à une température inférieure) est légèrement perceptible sur la courbe de température moyenne.

La Figure 157 et la Figure 158 illustrent l’effet de l’impact du spray sur les parois. Au début de la pénétration du spray dans la chambre, la masse dans la zone ambiante chute rapidement à cause de l’entrainement par le spray. Lorsque ce dernier touche la paroi, il ne reste que très peu de masse dans la zone ambiante, l’essentiel de la chambre étant occupé par les sprays. Après l’impact (vers 10°V), l’entraînement de masse ambiante par le spray est compensé par l’apport de masse en provenance de la tête du spray, de telle sorte que la masse de la zone ambiante reste constante.

La Figure 159 et la Figure 160 illustrent les variations des sections et des volumes des zones du spray qui suivent les variations du volume total de la chambre liées au mouvement du piston. La Figure 161 montre l’évolution du profil de richesse axial dans le spray. Avant la fin de l’injection, excepté la zone de tête, presque tout le spray est riche. Les variations temporelles de richesse près de l’injecteur sont liées aux évolutions du taux d’introduction. Après la fin de l’injection, la richesse près de l’injecteur décroit rapidement. A environ 10°V, tout le spray est en condition pauvre. Progressivement, le spray devient de plus en plus homogène, pour atteindre une richesse uniforme d’environ 0.7 à la fin de simulation.

4.3.1.2 Modèles à chimie simplifiée (CS) et sans chimie (SC)

Pour les modèles CS et SC, des valeurs différentes sont utilisées pour les coefficients Cjet et C3 (Tableau 23) par rapport au modèle CD présenté précédemment. Par conséquent, les résultats obtenus sont différents, quoique qualitativement similaires.

Figure 162 : Pénétration du spray et Masse ambiante Figure 163 : Pression et température moyenne

Figure 166a : Richesse avant la fin de l’injection Figure 166b : Richesse après la fin de l’injection

Comme attendu, le spray pénètre beaucoup plus vite (Figure 162) en raison de l’angle réduit (13 degrés au lieu de 26). A 5.0 °V, le spray touche la paroi. Le volume des sprays étant plus faible (Figure 164 et Figure 165) il reste une masse plus importante dans la zone ambiante. De plus, les pertes aux parois majorées (coefficient C3) justifient une température de fin de compression légèrement inférieure (Figure 163).

Concernant la richesse (Figure 166), avant la fin de l’injection, le spray est plus riche qu’avec le modèle CD en raison de l’angle réduit. La richesse en tête de spray est de 1.5. L’impact sur la paroi a lieu avant la fin de l’injection. Après l’impact, la richesse moyenne dans la zone 1 commence à diminuer car le taux d’introduction commence également à diminuer. Après la fin de l’injection, le spray devient plus en plus homogène et pauvre, l’onde de surentraînement de l’air décrite pas Musculus [22], apparait clairement. Après 10 °V, le spray devient pauvre, et à la fin de simulation, la richesse homogène est d’environ 0.6.