Modélisation de l'écoulement diphasique dans les injecteurs Diesel

CHAPITRE 2 : PHÉNOMÉNOLOGIE ET MODÉLISATION DEL’ATOMISATION 41DeJuhasz [40] propose que le processus d’atomisation du liquide peut apparaître à l’intérieur de labuse et que la turbulence du liquide peut jouer un rôle important dans le processus de désintégration du jet.Schweitzer [117] suggère que la composante radiale de la vitesse dans l’écoulement en conduite turbulentpeut causer la dislocation immédiate du jet à la sortie du nez. Néanmoins, Bergwerk [14], en constatant queles composantes des vitesses turbulentes (aux nombres de Reynolds qui nous intéressent) ne sont pas suffisantespour expliquer le phénomène d’atomisation, émet l’hypothèse que les phénomènes de cavitation dansle nez peuvent créer des fl uctuations de pression de larges amplitudes conduisant à l’atomisation. Sadek,dans la même optique, suggère que les bulles de cavitation peuvent infl uencer le processus de breakup du jet.D’autres auteurs [90] suggèrent que le fractionnement du jet est dû au réarrangement du profil de vitesse: Rupe [113] a observé qu’un jet laminaire à haute vitesse pouvait être plus instable qu’un jet turbulentpleinement développé.Une autre suggestion est l’accélération brutale subie par le fl uide due au changement rapide de conditionsaux limites de l’écoulement.En amont de l’injecteur, les oscillations de pression d’alimentation améliorent l’atomisation [57].Les études expérimentales menées sur ce sujet par de nombreux auteurs ont montré que la cavitationest un facteur très important, mais en aucun cas la seule cause de l’atomisation. Les facteurs qui infl uencentle comportement du jet sont :– la turbulence du liquide en sortie d’orifice,– le lâcher des poches et la fl uctuation du profil de vitesse et de pression,– le collapse des poches de cavitation,– la dissymétrie de l’écoulement dans l’injecteur multi-trou,– la rugosité de la paroi (taux d’hydro-érosion, usure, usinage),– le diamètre du trou et sa longueur.Nous allons maintenant étudier chacun de ces facteurs pour déterminer ceux qui infl uencent le plusl’atomisation primaire.2.2.1 La turbulenceUn des premiers à étudier l’impact de la turbulence sur l’atomisation est Schweitzer [117], qui a concluque les théories habituelles attribuant l’atomisation à la friction de l’air seulement n’étaient pas valables. Ila considéré que la turbulence contenue dans le jet est de première importance, bien que l’interaction aérodynamiqueaide à l’atomisation. Actuellement, il est généralement admis que l’interaction aérodynamiqueest l’agent qui produit l’atomisation, bien que la turbulence du jet soit d’importance. C’est la turbulence(certainement combinée avec d’autres effets) qui donne au jet un aspect de surface irrégulier [90], augmentantalors la traînée aérodynamique. L’action des forces de friction dues à l’atmosphère ambiante s’entrouve améliorée. En effet, ces forces agissent directement sur la surface du jet, permettant de produire depetites gouttes à partir des gouttes et filaments issus d’une “ atomisation due à l’action des forces internes”(turbulence, relaxation du profil de vitesse, etc.).Une expérience [89] a été menée pour déterminer l’impact de la turbulence du jet sur le processusd’atomisation. À nombres de Weber, d’Ohnesorge et de Reynolds constants, quatre jets sont comparés (voirfigure 2.4). La seule différence entre ces jets est la valeur de ɛ (croissante de gauche à droite). ɛ est définicomme :∫ A0ɛ =[V Z(r)] 3 d AV 3 (2.1)Aoù V z (r) est la vitesse de liquide locale et V la vitesse moyenne du liquide sur l’aire A. On a :– ɛ = 1 pour un écoulement de fl uide parfait dans une conduite,– ɛ = 1.1 à 1.2 pour un écoulement turbulent pleinement développé,– ɛ = 2.0 pour un écoulement laminaire pleinement développé.