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Thèse de Songzhi Yang*

Le domaine de l'injection moteur, comme de nombreuses applications nécessitant le recours à la simulation numérique, fait intervenir des écoulements diphasiques complexes. Or, la plupart des logiciels de calcul en mécanique des fluides peuvent simuler des écoulements à une phase (liquide ou gaz), éventuellement en régime supercritiquea, ou bien des écoulements diphasiques (liquide-gaz) en régime sous-critique. Ce travail propose une modélisation complète pour simuler ces deux cas, y compris le régime transcritiqueb, ainsi que l’éventuelle transition de phase (évaporation ou condensation). Pour cela, un modèle d'écoulement diphasique totalement compressible et à interface diffuse a été développé, basé sur une approche eulérienne-eulériennec de fluides réels supposant un équilibre liquide-vapeur(1). Il a rendu possible la simulation de l'injection transcritique dans l'injecteur de référence Spray A du réseau ECNd (2). Il s’est aussi avéré capable de prévoir le phénomène de cavitatione dans une buse tridimensionnelle, soulignant ainsi l’importance de la prise en compte des gaz dissous dans la modélisation de l’injection(3). En particulier, son utilisation a apporté un nouvel éclairage sur le phénomène de nucléation des bulles, en fonction de la quantité du gaz non condensable dissous.

Yang
Simulation d’injection transcritique sur l’injecteur Spray-A (champs de température à 112 μs).


De nombreuses autres applications faisant intervenir des écoulements diphasiques complexes pourront désormais être simulées avec davantage de réalisme, telles que les turbines à gaz et les moteurs-fusées cryogéniques, ou bien l’ébullition de liquide de refroidissement pour l’électronique de puissance de moteurs électriques ou de centres de calculs.

*Thèse intitulée "Modeling of Diesel injection in subcritical and supercritical conditions"

a - État d’un corps pur lorsque sa pression P>Pc ou bien sa température T>Tc. Dans le cas contraire, il est dans un état sous-critique
b - Condition générée lorsqu’un fluide sous-critique est injecté dans un fluide supercritique
c - Approche eulérienne à la fois pour le liquide et le gaz
d - Engine Combustion Network (https://ecn.sandia.gov/workshop/ECN1/intro.pdf)
e - Formation de bulles de gaz ou de vapeur dans un liquide soumis à une dépression


(1) P. Yi, S. Yang, C. Habchi, R. Lugo, 2019. Phys. Fluids 31, 026102.
https://doi.org/10.1063/1.5065781

(2) S. Yang, P. Yi, C. Habchi, 2020. Int. J. Multiph. Flow 103145.
https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103145

(3) S. Yang, C. Habchi, 2020. Phys. Fluids 32, 032102.
https://doi.org/10.1063/1.5140981

Contact scientifique : Chawki Habchi

>> NUMÉRO 43 DE SCIENCE@IFPEN