Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

Conclusion généraleACCÉDER à une meilleure connaissance de l’écoulement dans les injecteurs Diesel a un double objectif.Du point de vue de l’équipementier, ceci permet d’optimiser les géométries de la buse d’injection.Pour le constructeur automobile, mieux estimer les conditions de l’écoulement à la sortie de l’injecteurpermet d’optimiser la combustion dans la chambre. Or, actuellement, l’écoulement dans l’injecteur resteprincipalement caractérisé par des études expérimentales dans des maquettes grande échelle et souventsimplifiées, avec les limites que l’on a expliquées. L’intérêt des modèles numériques est donc important,surtout dans le cadre de processus de conception qui font de plus en plus appel au calcul pour dimensionnerles systèmes.Intérêt de CavIFNous avons, dans le cadre de ce travail, développé un code de simulation numérique qui permet d’accéderà une meilleure connaissance de l’écoulement dans les injecteurs Diesel. Nous avons utilisé la structureexistante du code de simulation KIVA MB, dans laquelle nous avons intégré la loi d’état barotrope déterminéeà partir des études de Wallis [134] et Schmidt [114]. Les caractéristiques du code CavIF sont lessuivantes :– on considère le fl uide comme compressible, en état gazeux, liquide ou diphasique ;– les conditions aux limites permettent aux structures cavitantes de sortir du domaine de calcul ;– la structure multi-blocs permet d’associer des blocs cylindriques à des blocs cartésiens ;– le mouvement de maillage permet de représenter la levée ou descente d’aiguille ;– la résolution en temps de Runge-Kutta d’ordre 3 permet de diminuer le temps de calcul ;– la résolution en espace du second ordre est suffisante pour résoudre les forts gradients de massevolumique et de pression.Après avoir validé le code dans des configurations connues (collapses de bulles, écoulement dans uninjecteur monotrou symétrique, mouvement de maillage), nous avons effectué deux calculs en trois dimensionsafin de montrer l’intérêt de l’outil numérique dans la caractérisation et la compréhension de l’écoulementdiphasique dans les injecteurs Diesel.Le premier cas est l’injecteur simplifié de Soteriou, pour lequel des structures tourbillonnantes sontvisibles dans le spray, loin en aval de l’injecteur. Nous avons montré la structure interne de l’écoulement,comment les vortex sont formés (juste en aval de l’insert), nous avons vu que la cavitation se formait aucentre de ces tourbillons, et que ceux-ci subsistent jusqu’à la sortie de l’orifice.La seconde configuration est l’injecteur multi-trous avec mouvement de maillage : nous avons simuléune injection complète, comprenant la levée et la descente de l’aiguille. La conclusion principale de cecalcul est que l’écoulement à la sortie de l’injecteur est fortement instationnaire, et que les structures tourbillonnantes(au centre desquelles la cavitation se forme) sont également extrêmement importantes, principalementau début de l’injection. Elles ont un effet direct sur l’établissement du spray dans la chambre :on peut observer un fort angle de spray au début de l’injection, puis une diminution et une stabilisationjusqu’à la proche fermeture de l’aiguille. Ces paramètres sont à prendre en considération dans le cadre dela modélisation du jet dans la chambre, et de la combustion.Ces simulations ont mis en valeur deux caractéristiques principales de l’écoulement dans les injecteursDiesel, qui n’ont pas forcément été montrées expérimentalement :– la vorticité : la cavitation dans l’injecteur se forme au centre des structures tourbillonnantes, etcelles-ci subsistent dans le spray ;