Modélisation et simulation des caractéristiques de combustion et de NO dans un moteur à allumage par compression : Application au carburant biodieseldizang

Abstract

La demande mondiale d’énergie a connu une croissance exponentielle due à l’augmentation de la population mondiale, à la croissance économique et à l’évolution technologique. Cette hausse de la demande énergétique globale peut s’expliquer en grande partie par l’évolution du secteur des transports. Malheureusement, les réserves mondiales de pétrole sont en baisse permanente et de plus l’utilisation de ces énergies fossiles est à l’origine des problèmes environnementaux. À cet effet, les recherches ne cessent de proposer d’autres sources d’énergies alternatives à faire partie d’un mix énergétique durable. La thèse s’inscrit dans ce sillage et concerne l’étude du carburant biodiesel qui est une source d’énergie renouvelable en raison de son immense potentiel. Le carburant biodiesel utilisé est à base des huiles de cuisson usagées (WCOBD). Notre objectif global est d’améliorer les performances énergétiques des moteurs à allumage par compression fonctionnant avec les carburants biodiesel et de réduire les émissions de NO. Dans le cadre de cette thèse, une approche thermodynamique a été utilisée pour la modélisation de différents phénomènes physiques qui se produisent dans la chambre de combustion d’un moteur à allumage par compression fonctionnant avec le carburant biodiesel et avec le carburant diesel conventionnel. Ce modèle phénoménologique décrit l’ensemble des phénomènes physiques, qui interviennent lors de la combustion, tels la vaporisation, l’injection, la turbulence et l’impact de la chimie sur le dégagement de chaleur et ils sont modélisés en utilisant des sous-modèles décrivant chacun de ces phénomènes physiques. Ce modèle phénoménologique de combustion à deux zones prédit la pression, la température, les différentes performances énergétiques et les émissions de NO. La technique d’injection de vapeur ajoutée permet de réduire les émissions de NO et d’améliorer les performances. Les carburants biodiesel et les carburants conventionnels sont composés de nombreuses classes différentes d’hydrocarbures oxygénés et d’hydrocarbures, il est épineux de mener des expériences ou des simulations significatives avec un si grand nombre de produits chimiques contenus dans ces carburants. Afin de surmonter ce problème, des surrogates et la modélisation d’équilibre chimique sont utilisés pour répondre à ces exigences. La comparaison des valeurs de concentration en monoxyde d’azote calculées et expérimentales à l’échappement pour les deux carburants montre une coïncidence très satisfaisante. Les valeurs de concentration des monoxydes d’azote calculées et mesurées du carburant biodiesel sont respectivement 927,7 ppm et 954,4 ppm. Alors que les valeurs de concentration des monoxydes d’azote calculées et expérimentales du carburant diesel sont respectivement 1004,4 ppm et 1019,4 ppm. En guise des perspectives, la simulation de la combustion de carburant biodiesel dans les moteurs à allumage par compression en utilisant la mécanique des fluides numérique (CFD) et la modélisation de l’équilibre chimique des produits de combustion pour trouver des molécules modèles des carburants biodiesel (surrogates) sont envisagées.