1 / 35

Dimensions fractales et optimisation de la combustion dans les moteurs à piston

Société Française de Ther mique Groupe Energétique-Thermodynamique Géométries multi-échelle, théorie constructale et exergie. Dimensions fractales et optimisation de la combustion dans les moteurs à piston. F. Nicolleau The University of Sheffield Department of Mechanical Engineering.

otto
Télécharger la présentation

Dimensions fractales et optimisation de la combustion dans les moteurs à piston

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Société Française de Thermique Groupe Energétique-Thermodynamique Géométries multi-échelle, théorie constructale et exergie Dimensions fractales et optimisation de la combustion dans les moteurs à piston F. Nicolleau The University of Sheffield Department of Mechanical Engineering Journée Thématique organisée par l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) 16 Mars 2006

  2. Collaborations • Pr J Mathieu Ecole Centrale de Lyon • Dr G Yu Queen Mary (London) • Dr A ElMaihy MTC (Cairo) • A M S Abo El-Azm University of Sheffield

  3. Where’s Sheffield

  4. Sommaire • Flammes fractales et taux de combustion • flamme mince • flamme épaisse • Kinematic Simulation de surfaces fractales • Conclusion

  5. Applications - Motivation Problème de combustion turbulentetraité comme un problème de • interface • surface • mélange

  6. Surface de flamme dans un moteur à allumage commandé

  7. Surface de flamme – modèle mathématique Front de flamme mesurédans un cylindre (Queiros-Conde 1996) Ensemble fractal de von Koch

  8. Définition d’une vitesse de flamme turbulente Conservation de la masse

  9. La méthode des flammelettes • Collection de flammelettes “laminaires” • Immergées en milieu turbulent

  10. Intérieur de la flamme

  11. Flammemince – flamme épaissie

  12. Flammelettes fractales • Taux de combustion pour une flamme fractale mince (Gouldin 1987) • Vitesse pour une flamme épaisse (Nicolleau 1995) où D est la dimension fractale de la flamme,

  13. Flamme mince avec D = 2.36

  14. Flamme épaisse avec D = 2.36

  15. L’approche Kinematic Simulation (KS)

  16. KS • Ce sont des modèles lagrangiens • Ramener au minimum l’information eulérienne à retenir

  17. Les Kinematic Simulation (KS) sont des méthodes lagrangiennes qui reposent sur la génération d’un champ de vitesse eulerien • qui possède des “structures turbulentes ad hoc” suffisantes pour modéliser les trajectoires lagrangiennes • Celles-ci sont obtenues en intégrant : à partir des champs euleriens elles sont donc lisses et comparables a des trajectoires expérimentales.

  18. Pour une turbulence isotrope le champ KS est construit comme une somme de modes de Fourier (résultant de la transformation de Fourier du champ eulérien) : • intégrant la continuité: • Et un spectre d’énergie en –5/3 : • Cette approche a été validée sur de nombreuses statistiques lagrangiennes. (Fung et Al. 1992; Malik and Vassilicos 1999, …)

  19. Turbulence isotrope développée avec un k–5/3 • Théorie: un spectre tel que avec p < 1 doit contenir des singularités “pire” que des discontinuité dans le signal ou ses derivées (Hunt & Vassilicos 1991) • singularité isolée telle que 1/xs • singularité isolée d’accumulation telle que sin(1/x) • singularité non isolée telle que ensemble fractal

  20. Avantage numérique • Grands nombres de Reynolds (vraie zone inertielle) • Pas de forçage (pas de déclin) • Codes parallèlestrès éfficaces (près de 100%)

  21. Validation sur la ligne fractale Nicolleau & El Maihy (2004)

  22. Ligne fractale

  23. Ligne fractale td : temps intégral, Re=(L/η)4/3,  : taux de dissipation, L : échelle intégrale u’: rms vitesse charactéristique

  24. Ligne fractale

  25. surfaces et volumes Nicolleau & El Maihy (2004)

  26. Fractal surface (square) t/td=0.3 t/td=0 t/td=0.1 Square advected in turbulent flow at Re=464, with initial side length 0.2 L

  27. Fractal surface (square) théchelle de Kolmogorov

  28. volume fractal (cube) t/td=0.3 t/td=0.1 t/td=0 Cube immergé dans un écoulement turbulent à Re=464, taille initiale : 0.2 L

  29. volume fractal Evolution de la dimension fractale pour differents nombres de Reynolds

  30. Volume fractal Fractal dimension of a cube as a function of tu’/L for different cube size lengths s=0.2L, 0.25L and 0.3L for kN/k1=1000.

  31. Volume fractal

  32. Conclusion • Les KS contiennent la physique nécessaire pour prédire la dimension fractale • La dimension d’une ligne ou d’une surface est gouvernée par th • La dimension du volume est gouvernée par tdet fonction de la taille initiale S

  33. Conclusions pratiques • Pour une combustion type allumage commandé • type surface • gouvernée par th • adaptation quasi-immédiate au nombre de Reynolds • Combustion type Diesel (en volume) • fonction de la taille initiale S (i.e. injection) • Indépendant du nombre de Reynolds

  34. De plus il existe un lien entre la dimension fractale de la surface et la loi de puissance du spectre (Vassilicos 1991)

More Related