But de l’expérience

Mesure instantanée de la richesse locale par fluorescence induite par laser dans un

écoulement à température et pression variables.

Application à un moteur deux temps

Présenté par:

Hakim Makhlouf

Plan de présentation

„

Introduction

„

But de l’expérience

„

Dispositif expérimental

„

Système optique de mesure de LIF

„

Conditions expérimentales

„

Etude paramétrique

„

Design expérimental

„

Application

„

Conclusion

Introduction

„ Technique de fluorescence induite par Laser (LIF)

„ Mesure qualitative bidimensionnelle de la distribution de carburant dans un moteur à combustion interne

„ Etudier l’homogénéité du mélange à l’intérieur d’un cylindre avec les effets du temps d’injection, de la richesse, de la vitesse de rotation du moteur.

But de l’expérience

„ Caractériser l’influence de paramètres physiques (pression et température ambiantes, concentration, vitesse de l’écoulement) sur le phénomène de

fluorescence,

„ Déterminer la combinaison optimale du traceur

(diacetyle) et de la longueur d’onde d’excitation qui entraîne les effets de pression et température les plus faibles sur l’intensité du signal LIF

„ La technique LIF est développée pour suivre instantanément et localement l’évolution de la

concentration en hydrocarbures imbrûlés sur la ligne d’échappement d’un moteur deux temps et pour valider un système d’alimentation retardée en carburant.

Conditions expérimentales

„ Carburant iso- octane: bonne transparence a UV>250 nm

„ Mélange d’iso- octane – 2 % volumique de diacétyle et de la longueur d’onde d’excitation de 355 nm est la plus favorable pour une telle étude, à savoir minimiser

l’absorption du faisceau laser et recueillir un signal important de fluorescence.

„ Molécules du Diacétyle fluorescent a l’excitation du faisceau la Laser

Dispositif expérimental Stationnaire

Système optique pour la mesure

LIF

Etude paramétrique

„ le signal LIF noté SLIF est inversement proportionnel à la vitesse de l’écoulement notée V, ce qui est en accord avec l’expression

théorique suivante dans le cas d’un régime linéaire en énergie

„ A21: coefficient d’Einstein pour l’émission spontanée (fluorescence) ;

„ B12: coefficient d’Einstein pour l’émission stimulée ;

„ Q21: taux de quenching ;

„ : densité d’espèces absorbantes dans le niveau fondamental ;

„ Plaser: puissance du laser fixée à 280 mW.

1

N0

Etude paramétrique

„ lorsque la vitesse augmente de 2 m.s-1 à 28 m.s-1;

„ Pression, Richesse et Température: 0.2 MPa, 1.4 et 428 K

„ La vitesse de l’écoulement n’est pas un paramètre influent, avec une diminution très faible de 0,34 V du signal LIF;

Etude paramétrique

„ Différentes conditions de richesse et température.

„ Pression, variant dans le domaine expérimental: 1 à 6,5 bar,

Etude paramétrique

„ Pression et richesse constantes:

0.3 MPa et 0.80

„ Température, dans le domaine expérimental: 360 à 573 K

Flux de fluorescence Φ en fonction de la concentration

carburant:

„ [carburant] = P / RT ; R =

8.314 J.K-1.mol-1: la constante universelle des gaz ;

„ ε: l’efficacité de détection du système de collection ;

„ Ω: l’angle solide de collection;

„ Vc: le volume de collection.

Etude paramétrique

„ Pression et Température constantes:

0.44 MPa et 4.28 K

„ Richesse dans le domaine expérimental: 0.7 à 1.4

Flux de fluorescence Φ en fonction de la richesse

„ ε: l’efficacité de détection du système de collection ;

„ Ω: l’angle solide de collection;

„ Vc: le volume de collection.

Etude paramétrique

Autres simulations

l’influence relative de la richesse est plus importante que celle de la température,

200 °C 156 -200 °C Température

0.2 V 5 bar

0.7 – 0.92

0.3 V 5 bar

0.7

LIF Pression

Richesse

Design expérimental

Variables de contrôle

„ P: pression ambiante du mélange

……….1 à 6,5 bar

„ T: température du mélange

………..360 à 573 K

„ R: richesse air- carburant

………0,7 à 1,4

„ V: vitesse de l’écoulement

……….2 à 30 m.s-1

Design expérimental

Variable de réponse

„

Emission fluorescente S

„ Dégager les paramètres réellement influents sur l’émission de fluorescence.

„ Fonction de transfert reliant le signal LIF aux paramètres de richesse R, pression P et température T sera établie,

sous la forme d’un modèle quadratique

Design expérimental

Tamisage

„

Objectif est de voir les facteurs aux quels on doit accorder plus d’importance .

„

Pour ce plan nous allons utiliser un plan factoriel complet à deux modalités.

„

Résolution IV 16 essais

„

2 réplications (n=3).

„

48 Traitements

2

Design expérimental

Analyse des résultats

„

Analyse de la variance ANOVA

„

Diagramme de Pareto ( voir les facteurs qui influence la variable réponse, les effets

principaux et les effets d’interaction)

„

Analyse des résidus

Design expérimental

Étape d’optimisation

„

Plan factoriel fractionnel à trois modalités

„

Choix des modalités

„

Construire le diagramme de Pareto.

„

Faire attention aux effets d’interaction

„

Étudier le modèle avec un polynôme du

2

degré

Design expérimental

Modélisation

„ Ressortir les coefficient de régression

„ Voir les effets linéaires et les effets quadratique

:

S

^=ß

^{+ ß}

^X

^{+... +ß}

^X

^{² + ß}

^X

^X

„ Comparer le résultat avec la valeur prédite

„ Inverser SLIF pour calculer R pression et la température avec suffisamment de précision.

Application

Moteur a deux temps

„ La technique LIF sera adaptée sur un moteur deux temps pour mesurer la concentration en hydrocarbures imbrûlés à

l’échappement

„ Les mesures de fluorescence seront utilisées pour valider un système d’alimentation retardée, pour réduire le rejet

d’hydrocarbures pendant la phase de balayage en supprimant l’introduction du carburant dans le carter - pompe.

„ Les résultats fournis par le système de mesure du signal LIF et l’analyseur FID d’hydrocarbures sont comparés

Conclusion

„ Mesure instantanément de la richesse locale par la technique LIF sur moteur.

„ Caractériser l’influence de différents paramètres physiques sur le signal LIF.

„ Etude paramétrique, montre que la R, P, T ont un effet important sur le signal LIF, par rapport à la V qui a peu d’influence.

„ L’utilisation de plans d’expériences pour dégager les paramètres influents sur l’émission de fluorescence et trouver les conditions optimales.

„ Fonction quadratique a été déterminée pour calculer la valeur de l’intensité du signal LIF pour des conditions données de (T, P,R, V).

„ En inversant ce modèle, la richesse est évaluée et comparée à la mesure

„ Nous devons retrouver des résultats similaires à ceux établis à partir de l’étude paramétrique,