Formation du mélange par des stratégies d'injection simple et double en milieu non-évaporatif avec une approche LES

Les strategies d’injection multiple sont capables de reduire les emissions polluantes des moteurs a combustion interne. Cependant, la dynamique de l’ecoulement lie a cette pratique est encore mal connue. Pour cela, l’objectif de cette these etait d’approfondir la comprehension de l’interaction entre le jet de carburant et l’air environnant en etudiant numeriquement le comportement de jets de carburant diesels generes par des strategies d’injections simple et double. Les predictions numeriques des jets de carburant dependent majoritairement du modele utilise pour representer la fragmentation des gouttes, et particulierement de sa calibration. La premiere partie de cette these a consiste a determiner, avec une approche numerique moyennee (URANS), la calibration optimale pour deux des modeles de fragmentation les plus utilises : le modele de Reitz & Diwakar et le modele KHRT. Ces calibrations ont ete obtenues via la proposition d’une nouvelle methode basee sur un plan d’experience, ce qui a permis de reduire le nombre de simulations necessaires pour l’obtention de la calibration optimale. De plus, cette methode a permis de mettre en evidence l’influence relative des constantes ainsi que le couplage qui existe entre elles. Finalement, les predictions obtenues avec les calibrations optimales ont montre que le modele KHRT offre un comportement plus realiste avec la calibration de seulement deux constantes. La restriction du nombre de constantes a aussi permis, suite a une etude analytique du modele, de deduire la calibration du modele pour des pressions d’injection plus elevees avec peu des simulations supplementaires. Compte tenu de la necessite de plus de details sur le comportement de la phase eulerienne, une methode de resolution des grandes echelles (LES) a ete ensuite choisie. Cette methode etant fortement dependante de la configuration numerique utilisee, une methode de validation reposant sur la similarite entre le jet de carburant et le jet d’air turbulent a ete proposee. Dans un premier temps, un jet d’air turbulent ayant des conditions extraites de l’entrainement d’air induit par un jet de carburant a ete simule. Ce jet a ete compare avec succes a des resultats experimentaux a la fois de jet d’air et de jet de carburant. Par la suite, la meme configuration numerique a ete appliquee a un jet de carburant et a permis de bonnes predictions des caracteristiques des phases lagrangienne et eulerienne, particulierement des profils de vitesses axiaux et radiaux. La configuration numerique etudiee pour les simulations des grandes echelles a ete appliquee a la simulation d’une injection simple a haute pression ainsi qu’une injection double a la meme pression. Ceci a permis l’etude du processus de melange entre le carburant et la phase eulerienne grâce a l’emploi de criteres 3D et 2D. Du point de vue 3D, la phase lagrangienne a ete analysee en parallele avec le critere Q applique a la phase eulerienne. Par la suite, l’etude 2D a consiste au visionnement des lignes de courant de la phase eulerienne avec la distribution de la fraction de carburant dans le plan median du jet de carburant. Ces visualisations ont mis en evidence la creation d’une structure annulaire de recirculation par l’impulsion du jet produite du debut de l’injection, ainsi que de structures helicoidale durant le reste de l’injection. De plus, la representation 2D a aussi montre l’influence des structures de la phase eulerienne sur la diffusion du carburant, qui est directement liee au processus de melange.