Modélisation de l'évaporation de gouttes multi-composants

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CHAPITRE 6 EVAPORATION DE CARBURANTSRemarque :pour mieux observer la décroissance de température du kérosène en débutd’évaporation, l’échelle de temps a été raccourcie de 500s à 50s (Figure 6.6 aucentre à droite).(Dg/Dg 0) 210.80.60.40.20Composants discretsThermodynamique continueEssence0 1 2 3 4 5 6Temps t (s)Température de surfaceT g s (°C)302520151050EssenceComposants discretsThermodynamique continue0 1 2 3 4 5 6Temps t (s)(Dg/Dg 0) 210.80.60.40.20Composants discretsThermodynamique continueKérosène0 200 400 600Temps t (s)Température de surfaceT g s (°C)2726.52625.525KérosèneComposants discretsThermodynamique continue0 10 20 30 40 50Temps t (s)127(Dg/Dg 0) 20.80.60.40.20GasoilThermodynamique continue0 2000 4000 6000Temps t (s)Température de surfaceT g s (°C)26.926.826.726.626.5GasoilThermodynamique continue0 2000 4000 6000Temps t (s)Figure 6.6 : Evolution de la taille de la goutte pour l’essence, le kérosène et le gasoil avec pour lemodèle à composants discrets et le modèle à thermodynamique continue172
CHAPITRE 6 EVAPORATION DE CARBURANTSL’étude bibliographique dans le Chapitre 1 a montré que le taux d’évaporation variaitconsidérablement avec la température d’ébullition des composants (Figure 1.3). Cela seretrouve également ici car quelques secondes suffisent pour évaporer la goutte d’essence,alors que plusieurs minutes sont nécessaires pour le kérosène et après plus d’une heure, lagoutte de gasoil s’est peu évaporée.Les températures de surface des gouttes sont également proches entre les deux modèles, mis àpart la différence de durée de vie de la goutte pour le kérosène. Les mesures expérimentalesde température de gouttes bi-composants, en évaporation dans une ambiance à faibletempérature, présentées dans le Chapitre 2 ont montré que les gouttes refroidissaient etatteignaient des températures inférieures à la température ambiante. C’est également le cas icipuisque la température à l’infini est de 27°C. Ces mesures montraient également que lestempératures atteintes étaient plus faibles pour les composants plus volatiles. Ici, latempérature de surface diminue fortement pour l’essence qui contient des espèces trèsvolatiles. Elle remonte par la suite puisque les composants dans la goutte présentent destempératures d’ébullition de plus en plus élevées et nécessitent des températures plusimportantes pour s’évaporer. Les températures de surface sont plus élevées pour le gasoil,puisqu’il est le carburant le moins volatile.Composition du liquide et de la vapeurLa composition de la phase liquide à la surface est analysée car elle va gouverner, avec latempérature de surface, l’évaporation des différents composants. Par contre dans la phasevapeur, il faut plutôt s’intéresser à la composition de la vapeur qui diffuse vers l’extérieur etqui sera un terme source dans les équations de la phase gazeuse dans les modèles decombustion d’un spray.Afin de comparer les deux modélisations du liquide (composants discrets et thermodynamiquecontinue), les paramètres de distribution pour chaque groupe de composants sont déterminés àpartir des résultats donnés par le modèle à composants discrets. Ils sont calculés de la manièresuivante pour la phase liquide à la surface de la goutte :ssxsi,lxsi,ls 2θj, l= ∑ Mi; σj l= ∑ ( Mi−j l)s,θs,(6.1)xxi∈jj,li∈jj,lPour la phase vapeur, ils s’écrivent :∞j v∞( M − )&&θ,= ; θni∞ ni2∑ Miσj,v= ∑ i j,vi∈j n&ji∈j n&j(6.2)173
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