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Systèmes Moteurs et Véhicules

Du multiphysique sur toute la ligne

La mise au point de systèmes plus performants pour la dépollution des gaz d’échappement automobiles est un levier pour améliorer la qualité de l’air en milieu urbain. La conception de systèmes de plus en plus sophistiqués tire parti de simulations couplant des modèles de dynamique des fluides multiphasiques et de réactivité chimique.

Un exemple emblématique est le système de réduction catalytique sélective (ou SCR) des oxydes d’azote (NOx) dans lequel un mélange urée/eau, injecté en amont du catalyseur, se décompose en une variété de produits. L’optimisation de cette décomposition est un enjeu majeur pour que la totalité des espèces réductrices soit disponible au niveau du catalyseur et assure une conversion maximale des NOx. Une mauvaise décomposition entraîne, en outre, la formation de dépôts qui encrassent la ligne d’échappement et diminuent encore l’efficacité du système de dépollution.

Depuis plusieurs années, IFPEN a développé un modèle unique1 couplant :

  • l’évaporation de solutions d’urée,
  • l’interaction de leur spray avec la paroi,
  • la décomposition de l’urée,
  • et la formation de dépôts dans des configurations réalistes (cf. figure).

Ce modèle a été implanté dans le code 3D de combustion multiphasique Converge™ développé par notre partenaire Convergent Science. La qualité de cette modélisation assure la complémentarité des deux modèles grâce à une spécification précise des conditions à l’entrée du catalyseur, tout en minimisant le "coût calcul" de la simulation numérique dans la zone catalytique.

Le modèle a ensuite été couplé au modèle IFPEN de catalyseur2 disponible sur la plateforme de simulation système LMS Imagine.Lab Amesim™ a.

Cette combinaison de deux codes permet d’évaluer, de façon rapide et précise, le potentiel de réduction des NOx par une ligne de post-traitement donnée, tout en tenant compte de l’éventuelle apparition de dépôts et des inhomogénéités dans la composition des gaz d’échappement.

 

a - Integrated simulation platform for multi-domain mechatronic systems simulation.
   

 

Contact scientifique :  chaouki.habchi@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 26 - Octobre 2016

Publications

  1. V. Ebrahimian, A. Nicolle, C. Habchi, Detailed modeling of the evaporation and thermal decomposition of urea-water solution in SCR systems, AIChE Journal, 2012, 58(7), 1998-2009.
    >> DOI: 10.1002/aic.12736
      
  2. S. Dosda, D. Berthout, G. Mauviot, A. Nogre, Modeling of a DOC SCR-F SCR Exhaust Line for Design Optimization Taking Into Account Performance Degradation Due to Hydrothermal Aging, SAE Technical Paper, 2016-01-2281.
    >> DOI: 10.4271/2016-01-2281

 

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