Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

RésuméDans les moteurs Diesel à injection directe, la qualité de la combustion dépend fortement de la pulvérisationdu carburant dans la chambre de combustion. Cette pulvérisation est due à l’aérodynamique dans lachambre, mais elle est également influencée par les caractéristiques de l’écoulement du carburant à la sortiede l’injecteur. Comme les phénomènes en jeu sont excessivement rapides (de l’ordre de la micro-seconde)et qu’ils interviennent dans les géométries très petites (de l’ordre du micro-mètre), les études expérimentalessont difficiles à réaliser. On se propose donc de développer un code de simulation qui a deux buts :accéder à une meilleure compréhension de l’écoulement dans l’injecteur (pour optimiser les géométries del’injecteur), et prédire les conditions de sortie de l’écoulement pour fournir des conditions aux limites auxcodes de simulation de combustion dans la chambre.Nous commençons par décrire les phénomènes intervenant dans l’injecteur et la façon dont ils influencentl’atomisation dans la chambre. Nous faisons ensuite une revue des modèles permettant de simuler les écoulementsdiphasiques, en montrant les domaines de validité de chacun d’eux. Nous expliquons le modèleque nous avons choisi basé sur l’hypothèse d’un écoulement homogène à l’échelle de la maille, et son implémentationdans KIVA-MB. Une attention particulière est portée sur les conditions aux limites en sortiede l’injecteur, pour lesquelles nous utilisons des conditions non réflectives. Des résultats de simulation sontdécrits et validés pour un injecteur mono-trou et un injecteur multi-trous, montrant les possibilités du codeà accéder à une meilleure compréhension de la topologie de l’écoulement dans l’injecteur au cours d’uneinjection complète.Mots-clefsMoteur Diesel, Injecteur, Modélisation diphasique, Cavitation, KIVA, Conditions aux limites non réflectivesAbstractCombustion quality in Direct Injection Diesel engine depends strongly on the jet atomization in the combustionchamber. Atomization is due to aerodynamical interaction, but it is also influenced by the liquidflow characteristics at the injector exit. As the phenomena are extremely rapid and they take place in verysmall geometries, experimental investigations are pretty hard to manage. Consequently, our purpose is todevelop a simulation code which has two goals : a better comprehension of the flow in the injector in orderto optimize the injector geometry, and the prediction of the flow characteristics at the injector exit, in orderto provide boundary conditions to combustion simulation codes.At first, we describe phenomena occuring in the injector and their influence on atomization. Their we makea revue of the two-phase models, defining their validity domains. We present the model that we use, basedon a homogeneous flow assumption in each mesh cell, and its implementation in KIVA-MB. We show that aparticular attention has been focused on exit boundary conditions : we used non-reflective conditions. Simulationsresults are then described and validated for a one-hole injector and a multi-hole injector, showing thecode possibilities to get a better understanding of the liquid flow in an injector during the whole injection.KeywordsDiesel Engine, Injector, two phase flow modelling, Cavitation, KIVA, Non-reflective boundary conditions