Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

CHAPITRE 1 : QUE SE PASSE-T’IL DANS UN INJECTEUR DIESEL HAUTE32PRESSION ?– pour les hautes levées d’aiguille (supérieures à 25µm) et pour toutes les pressions d’injection, on observele même comportement, mais le seuil atteint pour les nombres de cavitation élevés est inférieur(0.72 pour une levée de 300µm et 0.65 pour une levée de 25µm) ;– pour les levées d’aiguille faibles (10µm), le coefficient d’écoulement augmente avec la pressiond’injection, à P ch constante. Néanmoins, cette augmentation semble être due à la déformation relativede l’aiguille aux pressions importantes. En traçant le nombre d’écoulement en fonction dunombre de cavitation à P inj constante, on obtient des courbes analogues à celles tracées dans les casci-dessus.L’intérêt de cette étude est de caractériser le débit effectif de fl uide instantané durant un cycle d’injection,et de permettre ainsi la modélisation du processus d’injection, en considérant une aire effective à lasortie de l’injecteur.cas (a)cas (b)FIG. 1.14: La section de passage du liquide n’est pas forcément égale à l’aire géométrique.Cas (a) : la section de passage est diminuée, la vitesse augmente. Cas (b) : lasection de passage reprend sa valeur initiale, mais la vitesse diminue car est infl uencéepar l’arrivée d’une poche de cavitation en cours de collapse. Voir également la figure2.11 pour l’impact sur le spray.Chaves [28] a mis en évidence expérimentalement les fl uctuations de vitesse, et s’est aperçu que leprofil de vitesse subit de fortes variations, dans des échelles de temps très petites (de l’ordre de la µs). Celaprovoque de fortes turbulences au sein même de l’écoulement juste à la sortie de l’injecteur. Nous verronsleur impact dans la section §2.2.Arcoumanis et al. [6] ont effectué des visualisations de cavitation pour un injecteur Bosch vertical 6trous d’échelle ×20. Ils ont remarqué l’apparition d’une cavitation en “ fil” (voir figures 1.15 et 1.16), qui sedéveloppe dans le sac de l’injecteur VCO. Celle-ci pourrait expliquer l’érosion de l’aiguille que l’on peutobserver dans les injecteurs inclinés. Un écoulement secondaire relie les différents orifices, et un tourbillonse développe dans le volume reliant les trous. Ceci a été attribué à l’interaction entre l’écoulement principalprovenant de l’amont de l’injecteur et l’écoulement secondaire, dû aux fl uctuations de débit dans lesdifférents trous. Cette cavitation dans le sac provoque l’advection d’un nuage de bulles dans l’orifice del’injecteur. La cavitation est alors purement dynamique et est fonction uniquement du nombre de Reynolds ;c’est à dire qu’elle n’est pas fonction de la pression dans la chambre, ni de la pression d’injection, maisseulement du champ de vitesse présent dans le sac.La cavitation dans le sac a été également visualisée par Kim et al. [77] lors d’expériences sur des maquettesd’injecteurs à échelle ×10 avec de l’eau. En taille réelle, Arcoumanis et al. [5] et Walther et al. [135]ont observé le même type de structure, montrant que ce type de phénomène peut apparaître en conditionsd’utilisation réelles.Eifl er [45] a repéré des zones de cavitation au siège de l’aiguille, certainement dues à la faible sectionde passage du fl uide, et à la vibration de l’aiguille dans ses expériences sur des injecteurs en taille réelle.Badock a d’ailleurs entériné cette hypothèse dans ses visualisations expérimentales lors de la levée et de ladescente de l’aiguille [12] (voir figure 1.17).