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Combustion moteur : les meilleures équipes de recherche mondiales réunies à Kyoto par le réseau ECN

Février 2016

IFPEN co-anime le réseau ECN  (Engine Combustion Network) qui fédère la recherche mondiale dans le domaine de la combustion et qui a tenu son 4e workshop les 5 et 6 septembre 2015 à Kyoto (Japon), avec l’appui local des universités de Tokyo et de Meiji.

Les synthèses d’analyses des contributions expérimentales et numériques de près de 30 laboratoires y ont été présentées. ECN4 a réuni 80 participants sur place, issus de 17 pays différents ainsi qu’une quarantaine de personnes qui l’ont suivi à distance.

Les actes ainsi que les enregistrements des présentations sont disponibles sur le site du réseau ECN.

Un certain nombre des synthèses présentées lors du workshop vont en outre faire l’objet de publications. A cette occasion, la communauté du réseau a confirmé sa volonté de poursuivre les efforts engagés.

Le prochain workshop ECN5 sera organisé les 31 mars et 1er avril 2017 à Detroit (USA).

La première session de ECN4 regroupait les synthèses des travaux concernant la thématique du spray Diesel non réactif. L’enjeu était de mieux comprendre les phénomènes se déroulant à l’intérieur des injecteurs, leur lien avec ceux se situant juste à la sortie, ainsi que le processus d’évaporation.
   
Les principaux faits marquants de cette session ont été :

  • les comparaisons de premières mesures expérimentales de taille de goutte dans le spray dense atomisé,
  • les premières visualisations expérimentales des mécanismes de transition de phase supercritique,
  • ainsi que les calculs haute résolution en géométrie réelle des écoulements internes et de l’atomisation en champ proche.

Contrairement aux précédentes éditions où les travaux étaient focalisés sur une cible principale, le Spray A, différents types de cibles ont été ici abordés (variation du nombre de trous des injecteurs, ainsi que de leur dimension et forme géométrique).

La deuxième session a concerné la combustion du spray Diesel. Il s’agissait notamment d’aborder les questions relatives aux processus d’auto-inflammation des jets, d’interaction entre la chimie et la turbulence, et de formation des polluants.
   
Cette session a été l’occasion de :

  • confronter de nombreux modèles de combustion et schémas cinétiques avec des données expérimentales, ce qui a permis de mieux comprendre la différence entre les mécanismes d’auto-inflammation et de stabilisation de flamme,
  • discuter des analyses expérimentales et de simulation de la structure de la combustion et de son impact sur la modification de l’écoulement,
  • présenter un état des lieux des avancées expérimentales dans le domaine de la formation des suies et des performances actuelles des modèles de simulation sur ce sujet.

A noter que, pour la première fois dans le réseau, ont été présentés des résultats expérimentaux acquis sur des moteurs optiques, et non plus uniquement sur des cellules haute pression - haute température.

Exemples d’informations accessibles expérimentalement sur la combustion Diesel [2] (la sortie de l’injecteur se situe au milieu du bord gauche de l’image et le flux est orienté horizontalement vers la droite).

En bas : lumière émise naturellement par la flamme lors de la réaction de combustion.

En haut : informations complémentaires obtenues par différentes techniques :

  • les couleurs verte et rouge, obtenues par fluorescence induite par laser, représentent respectivement les distribution d’espèces réactives présentes dans les zones de basses et haute températures ;
  • les traits pointillés représentent les contours du champ de vitesse en conditions non réactives (pointillés blanc) et réactives (pointillés rouge), montrant ainsi l’effet expansif de la combustion.

  

La troisième session abordait un thème relativement nouveau dans le réseau ECN puisqu’il s’agissait de coordonner les efforts de recherche dans le domaine des moteurs à essence, avec en particulier les travaux autour de la cible Spray G. Il s’agit d’un "injecteur 8 trous" représentant le standard des technologies utilisées dans les moteurs essence actuellement en développement. Les travaux sur cette nouvelle cible n’ont débuté que lors du précédent workshop ECN3 au cours duquel seules des caractérisations standard avaient été présentées.
   
Cette session a permis de rendre compte d’un certain nombre d’avancées importantes dans les moyens et dans la compréhension des phénomènes :

  • nombreuses comparaisons de mesures expérimentales de la géométrie des injecteurs,
  • premières comparaisons de la simulation à haute résolution de la structure des jets liquides avec des mesures par absorption X-ray synchrotron,
  • premières mesures expérimentales de champs de concentration carburant dans la phase vapeur, révélant les processus d’interaction entre jets,
  • premières confrontations entre expérience et simulation sur le phénomène de "flash boiling"1.


 

Le réseau ECN (Engine Combustion Network) a été créé en 2008 à l’initiative du laboratoire Sandia National Labs (SNL), situé à Livermore (Californie), pour fédérer les efforts de recherche mondiaux dans le domaine de la combustion moteur, qu'ils soient expérimentaux ou relevant de la simulation.
  
IFPEN a été le 1er centre de recherche à s'associer avec SNL pour fonder les bases du réseau et lancer les premiers travaux de recherche collaboratifs, lesquels ont donné lieu en 2010 à une première co-publication SNL/IFPEN [1].
   
Alors qu’ECN s’est structuré autour d’une base de données commune, accessible en ligne et fruit des efforts conjoints des différents laboratoires participants, ses activités sont multiples et englobent toute la coordination des efforts de recherche dans le domaine (définition des cibles communes, standardisation des techniques et des méthodes, identification des axes de recherche et synthèses des travaux, etc.).
    
Des composantes fortes de la vie du réseau ECN sont les workshops organisés tous les 18 mois, depuis le premier d’entre eux, qui s’est tenu en 2011. Depuis lors, ils sont co-organisés par le SNL et IFPEN, rejoints en 2013 par le Centro Motores Termicos (CMT) de l’université de Valence (Espagne). A l’occasion de ces workshops, sont discutées les données expérimentales et de simulation identifiées comme nécessaires pour progresser sur les axes de recherche identifiés. Un travail préparatoire est pour cela nécessaire : collecte des données en amont de l’évènement, puis analyses et synthèse par des groupes de travail.

Toutes les informations concernant ECN et les workhops sont disponibles sur le site
>> http://public.ca.sandia.gov/ecn/

1- Phénomène de changement de phase très rapide lié à la modification des conditions thermodynamiques lors de l’injection du carburant dans la chambre de combustion.

Contact : Gilles Bruneaux

[1] L. M. Pickett, C. L. Genzale, G. Bruneaux, L-M. Malbec, L. Hermant, C. Christiansen, and J. Schramm, Comparison of Diesel Spray Combustion in Different High-Temperature, High-Pressure Facilities, SAE Int. J. Engines December 2010 3:156-181, SAE paper 2010-01-2106.
>> http://dx.doi.org/10.4271/2010-01-2106

[2] From Topic “Reactive Flow”, coordinator J. Garcia-Oliver, Session "Diesel Combustion", ECN 4, Kyoto (Japan), 2016
>> http://public.ca.sandia.gov/ecn/workshop/ECN4/ECN4.php


 

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