Validation d un code CFD pour la simulation de l injection Diesel à Haute Pression

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1 Congrès NAFEMS et 07 Juin Validation d un code CFD pour la simulation de l injection Diesel à Haute Pression R. MARCER 1, C. AUDIFFREN 1, P. GASTALDI 2 1 PRINCIPIA 2 RENAULT Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.1

2 Introduction Modélisation de l injection Diesel, une activité menée à Principia depuis plus de 15 ans : Soutenue par RENAULT Capitalisée à travers le code CFD développé par PRINCIPIA Axe de spécialisation spécifiquement dédié à la simulation de l injection Diesel Dévelopement de modèles spécifiques pour résoudre un problème complexe Nombreuses validations réalisées pour fiabiliser l outil déploiement industriel d un outil métier Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.2

3 Injecteur et buse d injection Buse d injecteur multi-trous Delphi Injecteur complet spray Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.3

4 Injection Diesel : problématique Optimisation de l atomisation du jet en sortie de la buse Réduction de la pollution L atomisation dépend de l écoulement interne dans la buse de l injecteur Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.4

5 Injection Diesel : spécificité et modélisation Ecoulement interne caractérisé par Forte pression (2000 bar) Forte vitesse (~ 500 m/s) Très petite géométrie (diamètre trou d injection <200 µm) Écoulement diphasique (cavitation) Objectifs techniques d une modélisation CFD validée Améliorer la compréhension des processus complexes de cavitation et leur influence sur l atomisation Optimiser la géométrie de la buse / à la cavitation Pour favoriser l atomisation (augmentation des instabilités) Pour diminuer l encrassement Mais pas trop de cavitation car sinon réduction du débit Donner les conditions limites pour les modèles de combustion Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.5

6 Navier-Stokes compressible Le code CFD Multiphasique Interface liquide/vapeur : méthode suivi d interface VOF Modèle cavitation : KMT-VOF (développé par Principia) Maillage multiblocs structuré déformable (aiguille mobile) Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.6

7 Exemples de cas de validation Cas académiques : convergent-divergent (mesures AVL) Injecteur monotrou symétrique (mesures Université de Darmsdat) Injecteur monotrou avec conduit décentré (mesures Ecole Centrale Lyon) Injecteur multi-trou (mesures de débit) Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.7

8 Comparaisons avec des mesures Cavitation Débit Cas académique : convergent - divergent Mesures (AVL) Débit fonction de P Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.8

9 U/UBernoulli P=100 bar : cavitation limitée Comparaisons avec des mesures Cavitation Champ de vitesse (PIV) Injecteur monotrou symétrique 1,2 Axial velocity profile DP = 15 Mpa liquid/vapour interface Mesures (Darmstadt) 1 0,8 0,6 Exp 0,4 0, Y(µm) Profil de vitesse axiale dans le conduit Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.9

10 Injecteur monotrou symétrique P=1000 bar forte cavitation Mesures (Darmstadt) section Profil de vitesse axiale dans le conduit Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.10

11 Injecteur monotrou avec décentrement du conduit Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.11

12 Injecteur monotrou avec décentrement du conduit Cavitation dissymétrique Mesures (ECL) Faible levée d aiguille Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.12

13 Injecteur monotrou avec décentrement du conduit Mesures (ECL) Grande levée d aiguille cavitation dissymétrique stable Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.13

14 Effet d un plus grand rayon de courbure Mesures (ECL) diminution de la cavitation Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.14

15 Injecteur multi-trous Q(m3/s) measurements 5.0E E E E-05 needle lift 1.0E E t(s) Débit sur un cycle de levée d aiguille Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.15 Cavitation dans l injecteur en aiguille mobile

16 Conclusions Un code validé pour la simulation de l injection Diesel Ecoulement diphasique (cavitation) dans l injecteur Vitesse et débit d injection Instationnarités dues aux passages de la cavitation en sortie des conduits (influence directe sur l atomisation) Un outil d aide à l optimisation des injecteurs (géométrie, réponse aux conditions de fonctionnement) Le code permet de fournir des conditions limites optimales pour les modèles de combustion Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.16

17 Perspectives Code bénéficiant aujourd hui d un degré de maturité élevé, atteint lors de plus de 15 années d expérience en injection Diesel Large gamme d études de validation Complétée par un retour d expérience industriel provenant de RENAULT Déploiement industriel d un outil métier Modèles (cavitation, ) utilisés pour des applications diverses Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.17

18 Cavitation périodique sur un foil Expérience Implosion des poches de vapeur phénomène d érosion Congrès NAFEMS et 07 Juin 2012 Paris p.18