Modélisation de l'évaporation de gouttes multi-composants

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CHAPITRE 1 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUEAfin de valider ces différentes modélisations, certaines mesures expérimentales ont étéeffectuées. La plupart d’entre elles sont réalisées pour des faibles températures de l’air (20 à30°C) où un effet de distillation est observé. C’est à dire que pour une goutte bi-composants,le composant le plus volatile s’évapore bien plus vite que le second composant. Commel’évaporation est suffisamment lente, les effets de diffusion dans le liquide renouvellent à lasurface de la goutte l’espèce la plus volatile. Après un certain temps, cette espèce esttotalement évaporée est le liquide à l’origine bi-composants devient alors mono-composant.Ce passage se traduit par une rupture de pente dans la décroissance de la surface de la goutte.Ce phénomène de distillation est propre au caractère multi-composants des gouttes et ne peutêtre reproduit par un liquide mono-composant.Dans ces conditions, le modèle à diffusion infinie, supposant des profils de température et decomposition uniformes, est capable de prédire une bonne décroissance de la taille des gouttes,tout comme le modèle à diffusion effective qui, de plus, prévoit une bonne évolution desfractions volumiques dans des mélanges de 2 ou 4 composants.A température ambiante modérée (400K), le phénomène de distillation est aussi observé et lesmodèles à diffusion infinie et limitée prévoient encore une bonne décroissance du diamètredes gouttes, contrairement au modèle « thin skin ».A pression élevée (20, 30 et 40 bars) et température plus élevée (550 et 650K), le modèle àdiffusion limitée est encore capable de prédire une bonne décroissance de la taille des gouttes.Cependant, il ne faut plus utiliser la loi de Raoult et il est nécessaire de considérer les effets degaz réels.L’objectif de ce travail est multiple. Tout d’abord, il est primordial de compléter la base dedonnées expérimentale puisque seule l’évolution de la taille des gouttes pour de faiblestempératures ambiantes a été validée. Des moyens expérimentaux présentés dans le Chapitre 2seront alors exploités pour mesurer l’évolution de la taille et de la température moyenne degouttes bi-composants (acétone et alcools) en évaporation dans un milieu à températureélevée. Ces mesures seront alors analysées dans le Chapitre 3 et l’influence de la compositiondes gouttes sera alors mise en évidence.Ensuite, le développement des modèles sera détaillé dans le Chapitre 4. Certainesaméliorations seront aussi apportées au modèle à thermodynamique continue concernant lacomposition de la vapeur à la surface. La littérature présente rarement les propriétésphysiques des différents composants. Pour les composants discrets, il est tout de mêmepossible de trouver quelques propriétés pour les n-alcanes ou quelques rares composantscomme le benzène ou le cyclohexane. Pour les groupes de composants dans les modèles àthermodynamique continue, certaines corrélations existent uniquement pour les n-alcanes, lesalkylbenzènes et les alkylnaphtalènes. Ces dernières restent toutefois incomplètes etimprécises ou inadaptées pour certains carburants. Des propriétés physiques précises seront50
CHAPITRE 1 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUEdonc proposées pour de nombreux composants ou groupes de composants afin de pouvoirsimuler l’évaporation de carburants réels.Dans le Chapitre 5, les mesures expérimentales présentées dans le Chapitre 3 serontcomparées aux résultats numériques et serviront à valider partiellement les modèlesdéveloppés.Les performances (résultats et temps de calcul) des différents modèles seront ensuiteconfrontées pour des carburants réels dans le Chapitre 6. Des simplifications des modèlesseront ensuite proposées pour tenter de réduire le temps de calcul tout en gardant des résultatssatisfaisants.Le septième et dernier Chapitre mettra en évidence l’intérêt de considérer l’aspect multicomposantsdes carburants en étudiant l’influence de la composition du liquide sur lacombustion d’un nuage de gouttes.51
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