Combustion diphasique, diagnostics optiques

Présentation générale

Les combustibles liquides sont injectés dans les moteurs à combustion interne sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes. Celles-ci s'échauffent, s'évaporent et la vapeur ainsi dégagée brûle après mélange avec le comburant. Les phases d'échauffement et d'évaporation doivent être modélisées le plus finement possible pour prédire de façon détaillée certains phénomènes comme l'auto-inflammation, la propagation des flammes partiellement prémélangées, la formation de polluants. Des diagnostics optiques innovants ont été développés afin notamment de caractériser la température de gouttelettes en évaporation ou en combustion : il s'agit de la fluorescence induite par laser à deux couleurs, applicable aux gouttelettes individuelles et aux brouillards.

Les modèles d'évaporation développés sont essentiellement de nature hydrodynamique : il s'agit de décrire les transferts de masse et de chaleur au sein d'une goutte s'évaporant, en prenant notamment en compte les phénomènes d'interaction aérodynamique entre gouttes et les effets liés à la composition complexe du combustible. En effet, les combustibles sont en général constitués de multiples composants de volatilité différentes : leur vitesse d'évaporation influence fortement la cinétique chimique, la combustion et la formation des polluants. Les applications sont essentiellement liées aux moteurs à combustion interne pour les transports terrestres et aux foyers de combustion des turbomachines aéronautiques.

  • Diagnostics optiques : fluorescence induite par laser à deux couleurs (2cLIF), interférométrie en diffusion avant, granulométrie phase Doppler (PDA), couplage 2cLIF-PDA
  • Modélisation et simulation de l'évaporation de gouttelettes
  • Evaporation et combustion de gouttelettes multicomposant

Collaborations scientifiques nationales et internationales, réseaux

  • Réseau ASTRA (CNRS-ONERA) « Méthodes d'analyses expérimentales et de simulations des brouillards multicomposant »
  • ONERA (DAME et DMPH)
  • Université de Brighton (School of Environment and Technology)
  • Université de Darmstadt (Centre for Smart Interfaces)

Collaborations industrielles

  • GIE PSA-Renault
  • Rolls-Royce, SNECMA, Turbomeca, Avio, MTU
  • Dantec Dynamics
  • EFS Electronique

Contacts

  • Fabrice Lemoine, fabrice.lemoine AT ensem.inpl-nancy.fr
  • Guillaume Castanet, guillaume.castanet AT ensem.inpl-nancy.fr