Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

Chapitre 2Phénoménologie et modélisation del’atomisation2.1 Qu’est ce que l’atomisation ?DANS un moteur Diesel à injection directe, le carburant est introduit dans la chambre de combustion parl’injecteur. Le jet liquide issu de l’orifice de l’injecteur doit ensuite être réduit en de fines gouttelettes,qui vont s’évaporer facilement et ainsi favoriser la combustion. Transformer le jet liquide en “ spray” (nuagede gouttelettes) c’est l’atomiser. Cette transformation s’effectue en deux étapes. Le fractionnement primairedu jet produit des gouttes directement à partir de la colonne liquide. Le fractionnement secondaire divise cesgouttes issues du fractionnement primaire en gouttes encore plus petites. Dans le cadre de notre étude, nousnous contenterons d’explorer la sortie de l’injecteur, nous nous limiterons donc au fractionnement primaire.Reitz et Bracco [111] ont analysé la stabilité linéaire des jets liquides à section circulaire, et ont dégagéquatre régimes de breakup, par ordre de vitesse d’injection croissante (voir figure 2.1) :– Le régime de Rayleigh : les forces de tension de surface créent des ondes de surface qui vont ens’amplifiant le long du jet. Lorsqu’elles ont atteint une amplitude suffisante, le jet se casse en sonextrémité en des gouttes de diamètre supérieur au diamètre du jet.– Le régime first-wind induced breakup : les forces aérodynamiques commencent à jouer un rôle nonnégligeable. Les forces de tension ont maintenant une fonction d’atténuation. On observe la formationd’ondes de surface de grande longueur d’onde à la surface du jet, et le breakup aboutit à laformation de gouttes dont le diamètre est de l’ordre de celui du jet.– Le régime second-wind induced breakup : des instabilités de petite longueur d’onde se développentà la surface du jet et sont arrachées à cause des forces aérodynamiques dues à la différence de vitesseentre le jet liquide et le gaz environnant. Les gouttes ainsi formées sont d’un diamètre inférieur àcelui du jet.– Le régime d’atomisation : le jet se désintègre immédiatement à la sortie de l’injecteur, à cause de latrès forte différence de vitesse entre le liquide injecté et le gaz. Les gouttes formées ont un diamètrede l’ordre de quelques microns.Dans le cas d’une injection haute pression dans un moteur Diesel, les vitesses sont très importantes etle régime de fractionnement du jet est celui d’atomisation : dès la sortie du jet de l’injecteur, on remarquela désintégration du jet en de fines gouttelettes et en filaments liquides.2.2 Caractéristiques influençant l’AtomisationActuellement l’atomisation du jet reste un phénomène expliqué théoriquement par les effets aérodynamiquesdans la chambre de combustion du moteur (voir figure 2.2).La critique de cette théorie porte principalement sur le fait que l’amplification de la perturbation initiale