Mesures expérimentales et modélisation Analytique de la pénétration d’un jet de Kérosène issu d’un injecteur multi-trous

Fleischmann, Antoine (2021). Mesures expérimentales et modélisation Analytique de la pénétration d’un jet de Kérosène issu d’un injecteur multi-trous. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Afin d’améliorer la phase de combustion dans les moteurs thermiques, il est indispensable d’étudier la phase d’injection du carburant. En effet, c’est lors de cette phase que les performances telles que la puissance développée par le moteur ou encore les émissions de la combustion sont déterminées. C’est dans cette optique d’amélioration continue que la propagation de jets est étudiée depuis de nombreuses années dans la littérature. De plus, l’utilisation d’injecteur diesel entraîne des caractéristiques très différentes des jets de carburant en fonction de la géométrie de l’injecteur, du carburant utilisé ou encore des conditions d’injections. En parallèle de ces nombreux facteurs d’influence, la transition vers des carburants moins polluants pousse aussi la recherche à continuer l’étude des jets sous des conditions variées. Un carburant qui semble être un bon candidat en remplacement du diesel dans les moteurs diesels est le kérosène. Il est en effet de plus en plus étudié et offre des caractéristiques similaires au diesel. Néanmoins, encore peu de travaux ont été réalisés en utilisant des injecteurs multi-trous et en étudiant le développement du jet lorsque l’injection est terminée.

Cette étude vise donc à modéliser la pénétration d’un jet de kérosène en utilisant un injecteur à sept trous. Cette dernière est étudiée pendant la phase d’injection, mais aussi après la fin de l’injection, ce qui est rarement le cas dans la littérature. Pour ce faire, un montage expérimental est mis en place pour capturer les jets de carburant à l’aide d’une illumination diffuse en contrejour et le traitement des images permet de mesurer la propagation des jets. Par la suite, deux modèles numériques basés sur des articles de la littérature sont mis en place et un troisième est créé à l’aide de régression non-linéaire sur les données récoltées. Ces trois modèles utilisent la masse volumique du gaz au sein de la chambre d’injection et le temps pour prédire la pénétration du jet. En plus de ces deux paramètres, les deux premiers modèles utilisent aussi le flux de quantité de mouvement du jet tandis que le troisième utilise la différence entre la pression d’injection et la contre-pression. Le premier modèle permet de prendre en compte les variations instantanées du flux de quantité de mouvement tandis que le second permet au jet une masse volumique variable. Cela permet notamment de prédire à chaque instant la masse de carburant présent au sein du jet en fonction de la richesse. Après la mise en place de ces modèles, ils sont comparés aux données expérimentales et le modèle prenant en compte la masse volumique variable du jet est élu comme permettant la prédiction la plus fiable de la pénétration du jet.

Résumé traduit

In order to improve the combustion phase in internal engines, it is essential to study the fuel injection process. Indeed, it is during this phase that the performance such as the power developed by the engine or the emissions are determined. It is in this perspective of continuous improvement that the fuel sprays have been studied for many years in the literature. Moreover, the use of diesel injectors results in very different characteristics of fuel spray depending on the geometry of the injector, the fuel used or the conditions of the injections. Along with these influencing factors, the transition to less polluting fuels is also pushing research to continue studying sprays under various conditions. One fuel that could be a good substitute for diesel in diesel engines is kerosene. It is more and more studied and offers characteristics similar to diesel. However, still little work has been done using multi-hole injectors and taking into account the development of the spray when the injection is over.

This study aims to model the penetration of a jet of kerosene using a seven-hole injector. The fuel spray penetration is studied during the injection phase, and after the end of the injection, which is rarely the case in the literature. To do this, an experimental set-up is used to capture the fuel sprays using diffuse backlight illumination and the penetration length is measured using an image processing. Subsequently, two numerical models based on articles in the literature are set up and a third is created using non-linear regression on the collected data. All three models use the ambient gas density to predict jet penetration as a function of time. In addition to these two parameters, the first two models also use the momentum flux of the jet while the third uses the difference between injection pressure and back pressure. The first model takes into account instantaneous variations in the momentum flux while the second allows the jet to have a variable density. This makes it possible to predict, at any time, the mass of fuel within the jet as a function of the air-fuel ratio. After the implementation of these models, they are compared with the experimental data and the model taking into account the variable density of the spray offered the most reliable prediction of the fuel spray penetration.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Comprend des références bibliographiques (pages 141-146).
Mots-clés libres:	jets, kérosène, injecteur multi-trous, longueur de pénétration, illumination diffuse en contre-jour, modélisation numérique, modélisation statistique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Seers, Patrice
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	17 janv. 2022 18:19
Dernière modification:	17 janv. 2022 18:19
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2838

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