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Systèmes Moteurs et Véhicules

Les suies "sectionnées" pour un air moins pollué

La capacité des chercheurs à comprendre et à prédire la formation des polluants émis par les véhicules est un enjeu clé pour la mobilité durable.

En effet, ces connaissances sont essentielles :

  • à la fois pour réduire les émissions à la source,
  • et pour optimiser les systèmes de post-traitement.

Dans ce cadre, les particules émises par les moteurs Diesel constituent un défi majeur en termes de modélisation car ces émissions sont réglementées aussi bien au plan quantitatif que qualitatif.

Ainsi, pour être utiles, les modèles doivent pouvoir prédire, en plus d’une masse globale, le nombre et la taille des particules de suies émises par les moteurs, qui plus est en fonction de la composition du carburant ou du profil d'utilisation du véhicule. De tels modèles sont d’un développement complexe car ils font appel aux modélisations les plus abouties de la chimie de la combustion et de la combustion turbulente.

Cette difficulté a néanmoins été surmontée par IFPEN :
  
Le modèle mis au point par ses chercheurs a été implémenté dans un code 3D de simulation moteur. Grâce à un regroupement des suies selon leurs tailles (approche dite  "sectionnelle"a), le modèle1 décrit l'évolution de la distribution des suies en taille, en prenant en compte les collisions et les échanges avec le mélange gazeux (dont l’oxydation). Ces échanges faisant appel à une chimie complexe, leur traitement repose sur des approches tabulées2 pour alléger les calculs.

Pour les moteurs Diesel, il est donc désormais possible de simuler la combustion dans la chambre en incluant une représentation fine des particules formées à chaque instant.

Les modèles développés intéressent à la fois l’industrie automobile et l’industrie aéronautique, où ils vont être intégrés à un code de simulation des chambres de combustion aéronautiques.

 

a - Approche où chaque classe de tailles de suies est décrite au travers d’une équation de transport spécifique.
   

 

Contact scientifique :  jean-baptiste.michel@ifpen.fr

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

Publications

  1. D. Aubagnac-Karkar, J-B. Michel, O. Colin, P.E. Vervisch-Kljakic, N. Darabiha, Sectional soot model coupled to tabulated chemistry for Diesel RANS simulations, Combust. Flames, 2015, 162, 3081-3099.
    >> DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.03.005
      
  2. J-B. Michel, O. Colin, A tabulated diffusion flame model applied to diesel engine simulations, Int. J. Engine Res., 2013, 15, 346-369.
    >> DOI: 10.1177/1468087413488590

 

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