Influence of physico-chemical properties of the fuels on Diesel injection and combustion processes
Influence des propriétés physico-chimiques des hydrocarbures sur l'injection et la combustion Diesel
Résumé
In a context of pollutant emission and green house gas reduction, but also economic issues related to crude oil ressources, the necessity for energy diversification has imposed the emergence and the use in growing quantities of substitute fuels. These fuels derived from numerous feedstocks, produced by several manufacturing processes, have different physico-chemical properties. The effects of each individual property on the Diesel engine behavior (emissions, efficiency, etc) are not well fully understood yet. The present thesis focuses on an experimental study about the influence of physico-chemical properties of the fuels on the processes occuring in the combustion chamber for Diesel engine application. The originality of the approach concerns the definition of a fuel matrix (a total of 20 fuels) for which properties are independently varied. Moreover every stages of the Diesel injection are considered. The interest focuses by the setting of eight advance measurement technics on the caracterization of the flow into the injector orifices, the spray structure and atomization, the spray vaporization and finally the Diesel combustion. Experiments were conducted in dedicated vessels and in an optical access engine allowing to reproduce representive operating conditions. The analysis mainly focuses on the quasi-stationnary phase of the injection event and experimental results are scaled to physic-based models and new empirical correlation are proposed.
Dans un contexte de réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre, mais aussi d’enjeux économiques liés aux ressources en pétrole brut, la nécessité de se diversifier énergétiquement a imposé l’apparition et l’utilisation dans des quantités sans cesse croissantes de carburants de substitution. Ces carburants provenant de nombreuses sources primaires, produits à partir de diverses techniques, possèdent des propriétés physico-chimiques différentes. Les effets de chaque propriété sur le comportement du moteur Diesel (émissions, rendement, etc.) ne sont pas encore compris de manière détaillée. La présente thèse porte sur une étude expérimentale de l’influence des propriétés physico-chimiques des carburants sur les processus physiques se déroulant dans la chambre de combustion pour des applications sur moteurs Diesel. L’originalité de l’approche réside par la définition d’une matrice de carburants (20 carburants au total) dont les propriétés varient de manière indépendante. De plus, les différentes étapes de l’injection Diesel ont été considérées. On s’intéresse par la mise en oeuvre de huit techniques de mesures avancées, à la caractérisation de l’hydraulique dans les orifices de l’injecteur, de la structure du spray, de son atomisation, sa vaporisation et enfin la combustion du mélange résultant. Ces expériences ont été conduites dans des cellules adaptées et sur moteur à accès optiques permettant de reproduire des conditions de fonctionnement représentatives. L’analyse porte essentiellement sur la phase quasi-stationnaire de l’injection pendant laquelle les résultats expérimentaux sont corrélés à des modèles basés sur la physique issus de la littérature et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)