Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

CHAPITRE 6 : VALIDATION DU CODE CAVIF 1296.4 Collapse d’une bulle au voisinage d’une paroiLors du collapse d’une bulle au voisinage d’une frontière fixe, un jet liquide se forme et s’impacte surla paroi. L’onde de pression émise par l’impact du jet provoque l’érosion par cavitation. On se propose desimuler ce cas sur un maillage de 30 × 30 × 30 noeuds. Le centre de la bulle est placé à un diamètre de distancede la paroi. La pression régnant à l’intérieur de la bulle est fixée au départ à sept ordres de grandeursplus faible que la pression régnant dans le liquide environnant. On peut voir dans la figure 6.8 le processusdu collapse près d’une frontière fixe : à 1.2 ∗ 10 −6 s, la bulle a déjà collapsé, et une zone de dépressions’est formée sur la surface de la paroi. Ceci cause la formation d’un jet liquide qui est dirigé vers la paroi(à 1.6 ∗ 10 −6 et 2.0 ∗ 10 −6 s). On peut remarquer une onde de pression se propageant à partir de l’endroitdu collapse. Alors que le jet tape le mur, une forte onde de pression (bien supérieure à la première) se crée.Plus tard, on remarque que la seconde onde de pression résulte de la combinaison de deux effets (voir à2.4 ∗ 10 −6 s) : le jet et la première onde de pression atteignent la paroi en même temps, augmentant danscette zone la concentration d’énergie.Les résultats numériques sont en accord qualitativement avec les expériences : nous avons vu quependant le collapse une forte onde de pression est formée, qui provoque les dégâts habituellement observésdans les installations industrielles.6.5 Écoulement cavitant dans un injecteur monotrouUne géométrie classique bidimensionnelle est utilisée pour calculer l’écoulement dans un injecteur Diesel.Le but de cette étude est d’identifier la topologie de l’écoulement dans un injecteur monotrou, pour desconditions d’injection classiques : P inj = 1000ba r et P c h = 50ba r. La longueur de l’orifice est de 1mm,et son diamètre est de 0.2mm ( L D = 5).Les conditions initiales sont les suivantes : le nez de l’injecteur est rempli de carburant liquide à unepression initiale de 50ba r. La pression totale à l’entrée est fixée à 1000ba r. De ce fait, au début du calcul,une onde de compression se développe dans le nez. Dès qu’elle atteint la sortie, les conditions aux limitesla relaxent vers 50ba r. Alors le fl uide est fortement accéléré à travers la constriction.Comme on peut le voir dans la figure 6.9, une zone de recirculation est formée en aval de l’entrée vive,au centre de laquelle la cavitation apparaît à 4.8 ∗ 10 −6 s. Alors la cavitation s’étend tout au long de l’orificeet atteint la sortie à t = 8 ∗ 10 −6 s (voir la figure 6.9). On peut voir dans les figures 6.10 and 6.11 la longueurde la zone cavitante. L’énorme chute de pression à l’entrée vive cause une baisse importante de la massevolumique (voir la figure 6.11), qui se relaxe ensuite le long de l’orifice. Néanmoins, le profil de masse volumiqueen sortie (figure 6.12) montre que la cavitation est encore fortement présente quand le “ jet liquide”quitte l’injecteur et entre dans la chambre de combustion du moteur.La topologie de l’écoulement est comparable aux visualisations de Soteriou [121], qui montrent unegrosse poche de vapeur attachée à l’entrée, et la cavitation qui reste localisée dans la couche limite.En s’intéressant au débit en sortie d’injecteur, on remarque que dès que la cavitation atteint la sortie,l’écoulement se comporte comme s’il était “ choqué” et le coefficient de perte de charge reste constant àC d = 0.62. Cette constatation peut être comparée aux résultats expérimentaux de Ohrn et Nurick [99, 97].En fait, l’écoulement reste attaché tant que la cavitation n’a pas atteint la sortie, comme on peut le voir dansla figure 6.9. La figure 6.13 montre l’augmentation du coefficient de perte de charge, jusqu’à 8 ∗ 10 −6 s. Àce moment, la cavitation atteint la sortie et l’écoulement est détaché sur toute la longueur de l’orifice, ce quiconduit à une situation bien connue de limitation de fl ux.Ces résultats sont en accord avec les visualisations expérimentales et les mesures, validant le code pourune configuration typique d’injection.