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Dissertations / Theses on the topic 'Diesel Combustion Modeling'
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Aubagnac-Karkar, Damien. "Sectional soot modeling for Diesel RANS simulations." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2014. http://www.theses.fr/2014ECAP0061/document.
Full textAbstract:
Les particules de suies issues de moteur Diesel constituent un enjeu de santé publique et sont soumises à des réglementations de plus en plus strictes. Les constructeurs automobiles ont donc besoin de modèles capables de prédire l’évolution en nombre et en taille de ces particules de suies. Dans ce cadre, un modèle de suies basé sur une représentation sectionnelle de la phase solide est proposé dans cette thèse. Le choix de ce type d’approche est d’abord justifié par l’étude de l’état de l’art de la modélisation des suies. Le modèle de suies proposé est ensuite décrit. A chaque instant et en chaque point du maillage, les particules de suies sont réparties en sections selon leur taille et l’évolution de chaque section est gouvernée par : • une équation de transport;• des termes sources modélisant l’interaction avec la phase gazeuse (nucléation, condensation, croissance de surface et oxydation des suies);• des termes sources collisionnels permettant de représenter les interactions entre suies (condensation et coagulation). Ce modèle de suies nécessite donc la connaissance des concentrations locales et instantanées des précurseurs de suies et des espèces consommées par les schémas de réactions de surface des suies. Les schémas fournissant ces informations pour des conditions thermodynamiques rencontrées dans des moteurs Diesel comportant des centaines d’espèces et des milliers de réactions, ils ne peuvent être utilisés directement dans des calculs de CFD. Pour pallier cela, l’approche de tabulation de la chimie VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) a été proposée. Cette approche est basée sur l’approche ADF (Approximated Diffusion Flame) qui a été simplifiée pour permettre son emploi couplé au modèle de suies sectionnel. Dans un premier temps, la capacité du modèle tabulé à reproduire la cinétique chimique a été validée par comparaison des résultats obtenus avec ceux de réacteurs homogènes avec loi de piston équivalents. Finalement, le modèle VPTHC, couplé au modèle de suies sectionnel, a été validé sur une base d’essais moteur dédiée avec des mesures de distribution en taille de suies à l’échappement. Cette base comporte des variations de durée d’injection, de pression d’injection et de taux d’EGR à la fois pour un carburant Diesel commercial et pour le carburant modèle utilisé dans les calculs. Les prédictions des débits horaires de suies et des distributions à l’échappement obtenues sont en bon accord avec les mesures.Ensuite, les résultats du modèle ont été comparés avec les mesures plus académiques et détaillées du Spray A de l’Engine Combustion Network, un spray à haute pression et température. Cette seconde validation expérimentale a permis l’étude du comportement du modèle dans des régimes transitoiresSoot particles emitted by Diesel engines cause major public health issues. Car manufacturers need models able to predict soot number and size distribution to face the more and more stringent norms.In this context, a soot model based on a sectional description of the solid phase is proposed in this work. First, the type of approach is discussed on the base of state of the art of the current soot models. Then, the proposed model is described. At every location and time-step of the simulation, soot particles are split into sections depending on their size. Each section evolution is governed by: • a transport equation;• source terms representing its interaction with the gaseous phase (particle inception, condensation surface growth and oxidation);• source terms representing its interaction with other sections (condensation and coagulation).This soot model requires the knowledge of local and instantaneous concentrations of minor species involved in soot formation and evolution. The kinetic schemes including these species are composed of hundreds of species and thousands of reactions. It is not possible to use them in 3D-CFD simulations. Therefore, the tabulated approach VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) has been proposed. This approach is based on the ADF approach (Approximated Diffusion Flame) which has been simplified in order to be coupled with the sectional soot model. First, this tabulated combustion model ability to reproduce detailed kinetic scheme prediction has been validated on variable pressure and mixture fraction homogeneous reactors designed for this purpose. Then, the models predictions have been compared to experimental measurement of soot yields and particle size distributions of Diesel engines. The validation database includes variations of injection duration, injection pressure and EGR rate performed with a commercial Diesel fuel as well as the surrogate used in simulations. The model predictions agree with the experiments for most cases. Finally, the model predictions have been compared on a more detailed and academical case with the Engine Combustion Network Spray A, a high pressure Diesel spray. This final experimental validation provides data to evaluate the model predictions in transient conditions
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Felsch, Christian. "Combustion modeling for diesel engine control design." Aachen Shaker, 2009. http://d-nb.info/997696826/04.
Full text
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Felsch, Christian [Verfasser]. "Combustion modeling for diesel engine control design / Christian Felsch." Aachen : Shaker, 2009. http://d-nb.info/999433881/34.
Full text
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Aljure, osorio Alejandro. "A contribution to 1D Modeling of Diesel Sprays and Combustion." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0038.
Full textAbstract:
Les moteurs diesel sont largement utilisés pour la propulsion automobile, grâce à leur rendement élevé. Les émissions polluantes les plus importantes des moteurs diesel sont les NOx et les particules (en combustion Dieselconventionnelle). Il est difficile de réduire et contrôler ces émissions parce que la diminution d’un polluant entraine l’augmentation de l’autre. Une voie est la combustion Diesel LTC (Combustion à basse température) qui peut réduireces deux polluants, mais d’autres polluants apparaissent alors, comme CO et HC. Une façon d’arriver à desconditions LTC est l’utilisation de l’injection multiple (pilote/main, split injection, etc.). La caractérisation de cesinjections multiples est particulièrement complexe, en raison des interactions entre les différentes injections.Cette thèse a pour but de réaliser un modèle 1D de spray qui peut simuler l’injection multiple et la combustioncorrespondante dans un moteur diesel de type automobile, suite à la thèse de G. Ma soutenue au LHEEA en 2013,qui a développé un modèle de combustion basé sur le modèle de spray 1D eulérien de Musculus et Kattke (sprayinerte). Une comparaison de ce modèle avec un modèle lagrangien (Hiroyasu, Poetsch), qui a un traitement pseudo2D pour le spray de carburant, est menée pour évaluer les différences entre les approches et déterminer l’approche lamieux adaptée aux cas envisagés.L’interaction du spray avec une paroi, essentielle pour modéliser les conditions dans un moteur automobile faitégalement l’objet d’une étude bibliographique et de premières tentatives de modélisation. Une modélisation pseudo-2D pour le modèle Eulérien est faite pour améliorer le calcul du dégagement de chaleur et de délai d’inflammation. Lavalidation de ces différentes évolutions est faite en confrontant les résultats du modèle avec des résultatsexpérimentaux obtenus sur la base de données de l’ECN (Engine Combustion Network), mais aussi avec des relevéseffectués par des autres auteurs. Des développements spécifiques sont également introduits pour traiter le casd’injection multiple et l’injection dans une chambre de combustion à géométrie variable (le système piston-cylindre)Diesel engines are largely used in automotive propulsion due to their elevated efficiency. The most important pollutant emissions of diesel engines are NOx and particulate matter (in the case of conventional Diesel combustion). It is difficult to reduce and control these emissions because reducing one pollutant emission increases the other one. One way to try to achieve reduction in both pollutant emissions is called LTC (Low Temperature Combustion), which can reduce these two pollutants, but other pollutant emissions appear, as CO and HC. One way to achieve LTC conditions is using multiple injections (pilot/main, split injection, etc.). Modeling these injections is particularly complex, mainly due to their interactions.The objective of this thesis is to make a 1D spray model that can simulate multiple injections and the correspondingcombustion in an automobile diesel engine, continuing the work of G. Ma in his thesis defended at LHEEA in 2013,which developed a combustion model based in the 1D Eulerian spray of Musculus and Kattke (inert spray). Acomparison is made of this model and a Lagrangian model (Hiroyasu, Poetsch), which has a pseudo-2D treatment ofthe fuel spray, to evaluate the differences between the approaches and determine the best one suited for the foreseencases.The spray-wall interaction, essential to model the conditions inside an automotive engine, is subject to a bibliographyreview and coarse modeling. A pseudo-2D modeling for the Eulerian model is made, to improve the heat release rateand ignition delay calculation. The validation of these different evolutions is made by comparing the model results withexperimental results obtained from the ECN (Engine Combustion Network) data base, and also with data obtainedfrom the TSM test engines. Specific developments are also introduced to treat the multiple injection case and injectionin a variable geometry combustion chamber (the piston-cylinder system)
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Fussey, Peter Michael. "Automotive combustion modelling and control." Thesis, University of Oxford, 2014. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:ec66cbb1-407e-431c-bd77-e67bcf33be3a.
Full textAbstract:
This thesis seeks to bring together advances in control theory, modelling and controller hardware and apply them to automotive powertrains. Automotive powertrain control is dominated by PID controllers, look-up tables and their derivatives. These controllers have been constantly refined over the last two decades and now perform acceptably well. However, they are now becoming excessively complicated and time consuming to calibrate. At the same time the industry faces ever increasing pressure to improve fuel consumption, reduce emissions and provide driver responsiveness. The challenge is to apply more sophisticated control approaches which address these issues and at the same time are intuitive and straightforward to tune for good performance by calibration engineers. This research is based on a combustion model which, whilst simplified, facilitates an accurate estimate of the harmful NOx and soot emissions. The combustion model combines a representation of the fuel spray and mixing with charge air to give a time varying distribution of in-cylinder air and fuel mixture which is used to calculate flame temperatures and the subsequent emissions. A combustion controller was developed, initially in simulation, using the combustion model to minimise emissions during transient manoeuvres. The control approach was implemented on an FPGA exploiting parallel computations that allow the algorithm to run in real-time. The FPGA was integrated into a test vehicle and tested over a number of standard test cycles demonstrating that the combustion controller can be used to reduce NOx emissions by over 10% during the US06 test cycle. A further use of the combustion model was in the optimisation of fuel injection parameters to minimise fuel consumption, whilst delivering the required torque and respecting constraints on cylinder pressure (to preserve engine integrity) and rate of increase in cylinder pressure (to reduce noise).
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Jezek, Christoffer, and Fredrik Jones. "Diesel Combustion Modeling and Simulation for Torque Estimation and Parameter Optimization." Thesis, Linköping University, Department of Electrical Engineering, 2008. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-12117.
Full textAbstract:
The current interest regarding how to stop the global warming has put focus on the automobile industry and forced them to produce vehicles/engines that are more environmental friendly. This has led to the development of increasingly complex controlsystem of the engines. The introduction of common-rail systems in regular automotives increased the demand of physical models that in an accurate way can describe the complex cycle within the combustion chamber. With these models implemented it is possible to test new strategies on engine steering in a cost- and time efficient way.
The main purpose with this report is to, build our own model based on the existing theoretical models in diesel engine combustion. The model has then been evaluated in a simulation environment using Matlab/Simulink. The model that has been implemented is a multi-zone type and is able to handle multiple injections.
The model that this thesis results in can in a good way predict both pressure and torque generated in the cylinder. More investigation in how the parameter settings behave in other work-points must be done to enhance the models accuracy. There is also some work left to do in the validation of the model but to make this possible more experimental data must be accessible.
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Redón, Lurbe Pau. "Modeling of the nitrogen oxides formation process applicable to several diesel combustion modes." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2013. http://hdl.handle.net/10251/33183.
Full textAbstract:
Como consecuencia de las exigentes legislaciones medioambientales actualmente en vigor, como las Euro Emission Standards en Europa, los investigadores e ingenieros se ven forzados a "re-desarrollar" el proceso de combustión diésel para hacerlo menos contaminante. Uno de los principales contaminantes y más dañinos para la salud son los óxidos de nitrógeno (NOx) que están principalmente compuestos por: monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y trióxido de dinitrógeno (N2O3).
Centrándose en los NOx generados en una combustión diésel, una de las técnicas más populares para mitigar su formación es mediante la dilución de la corriente oxidante con productos de la combustión, previamente generados. De este modo, al reducir la reactividad de la corriente oxidante se consigue una disminución considerable de la temperatura de combustión y por extensión de los NOx. Sin embargo, dicha técnica causa nuevas interacciones físico-químicas entre los hidrocarburos y los NOx así como principalmente un notable cambio en la estructura del chorro diésel. Es por ello necesario considerar las diferentes vías de formación de éstos para poder predecir su generación.
El hecho de considerar las diferentes vías de formación implica un incremento considerable de los recursos computacionales destinados a realizar las simulaciones, siendo en algunos casos inviable. Es por ello que el objetivo principal de esta tesis consiste en: desarrollar herramientas capaces de tener en consideración todas estas vías sin incrementar de manera considerable el coste computacional.
Para ello inicialmente se realiza una exhaustiva revisión bibliográfica en donde se repasan las diferentes herramientas desarrolladas para la predicción de los NOx y se analizan sus puntos débiles. Éstos radican en simplificaciones de dudosa validez, que solamente tienen efectos positivos a altas y no a bajas temperaturas, o bien procesos demasiado tediosos y complejos para caracterizar los diferentes estados de una combustión. Posteriormente se diseña una metodología capaz de satisfacer el objetivo principal, basada en tres estudios. El primero permite profundizar en el proceso de formación de este contaminante a través de estudiar el incremento de la proporción de NO2 en los NOx debido a la recirculación masiva de estos productos. Por otro lado, los otros dos consisten en desarrollar diversas herramientas predictivas centradas exclusivamente en el NO, ya que como se dedujo del estudio anterior el NO2 se forma principalmente a partir del NO a través de un proceso de enfriamiento. La primera de estas herramientas está basada en una correlación empírica que a modo de ecuación correctiva mejora la capacidad predictiva, especialmente en condiciones de recirculación masiva, del mecanismo más implementado mundialmente, mientras que la segunda se sustenta en tabular únicamente la velocidad de formación del NO y el NO en equilibrio en función de la temperatura y de la cantidad de oxígeno disponible inicialmente para reaccionar.
Finalmente para poder llevar a cabo estos estudios y cumplir con el objetivo principal se hace uso de un software comercial cinético-químico Chemkin, en su versión Professional, que sirve tanto de herramienta desarrolladora como de referencia.Redón Lurbe, P. (2013). Modeling of the nitrogen oxides formation process applicable to several diesel combustion modes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33183
TESIS
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Duyar, Serkan. "Modeling diesel combustion in heavy duty engine using detailed chemistry approach and CFD." Thesis, KTH, Kraft- och värmeteknologi, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-149478.
Full textAbstract:
Emission and fuel consumption are among the key parameters when designing a combustion system. Combustion CFD can assist in this task only if good enough accuracy is achieved regarding combustion and emission predictions. The aim of this master thesis is to evaluate the use of detailed reaction mechanisms (as a substitute for standard combustion model) in terms of computational time and result accuracy. Several mechanisms for n-heptane are tested. Lund University optical engine experimental case is used for this evaluation.Results showed that detailed chemistry can predict ignition accurately but differences are observed in the peak cylinder pressure. The computational time also increased significantly as size and complexity of the mechanism increased. Recommendations are given to improve predictions using detailed chemistry approach which is found to be an interesting approach especially for lift-off length predictions.
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Liu, Long. "Study on Combustion Modeling for Diesel Engines with Multi-Stage Injection Strategies." Kyoto University, 2013. http://hdl.handle.net/2433/180449.
Full text
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Asay, Rich. "A Five-Zone Model for Direct Injection Diesel Combustion." BYU ScholarsArchive, 2003. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/100.
Full textAbstract:
Recent imaging studies have provided a new conceptual model of the internal structure of direct injection diesel fuel jets as well as empirical correlations predicting jet development and structure. This information was used to create a diesel cycle simulation model using C language including compression, fuel injection and combustion, and expansion processes. Empirical relationships were used to create a new mixing-limited zero-dimensional model of the diesel combustion process. During fuel injection five zones were created to model the reacting fuel jet: 1) liquid phase fuel 2) vapor phase fuel 3) rich premixed products 4) diffusion flame sheath 5) surrounding bulk gas. Temperature and composition in each zone is calculated. Composition in combusting zones was calculated using an equilibrium model that includes 21 species. Sub models for ignition delay, premixed burn duration, heat release rate, and heat transfer were also included. Apparent heat release rate results of the model were compared with data from a constant volume combustion vessel and two single-cylinder direct injection diesel engines. The modeled heat release results included all basic features of diesel combustion. Expected trends were seen in the ignition delay and premixed burn model studies, but the model is not predictive. The rise in heat release rate due to the diffusion burn is over-predicted in all cases. The shape of the heat release rate for the constant volume chamber is well characterized by the model, as is the peak heat release rate. The shape produced for the diffusion burn in the engine cases is not correct. The injector in the combustion vessel has a single nozzle and greater distance to the wall reducing or eliminating wall effects and jet interaction effects. Interactions between jets and the use of a spray penetration correlation developed for non-reacting jets contribute to inaccuracies in the model.
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Youssef, Moafaq Mohamed. "Exploration of novel fuels for gas turbine (ENV-406) : modeling of T60 test rig with diesel & biodiesel fuels." Master's thesis, Université Laval, 2014. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25332.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, un modèle numérique a été proposé pour simuler la combustion liquide des carburants conventionnels et non-conventionnels, en particulier le mélange de biodiesel B20. La matrice de test numérique constitue de quatre cas d’écoulement réactifs c.à.d. avec combustion et d’un cinquième avec injection liquide sans combustion (écoulement non-réactif). Les modèles sont calculés à l’aide du logiciel FLUENT™ v.14 en 3D et a l’état stationnaire. Les flammes de diffusion turbulentes sont modélisées en utilisant l’approche de flammelette laminaire stable, avec une fonction de densité de probabilité jointe (PDF). La Validation est effectuée en comparant les mesures expérimentales disponibles avec les résultats obtenus de la CFD. L’aérodynamique de la chambre de combustion, ainsi que les températures de parois extérieures sont captures avec un degré de précision satisfaisant. La validation des principaux produits de combustion, tels que : CO2, H2O et O2, montre des résultats satisfaisants pour tous les cas d'écoulement réactifs, mais certaines incohérences ont été relevées pour les émissions de CO. On pense que le banc d'essai (la géométrie de la chambre de combustion et son état de fonctionnement) n'est pas suffisamment adéquat pour la combustion de combustibles liquides. D’autre part, et d’un point de vue numérique, l’approche de flammelette laminaire stable a été trouvé raisonnablement hors mesure de saisir les effets profonds du non-équilibre chimique qui sont souvent associés au processus de lente formation d’un polluant, comme le CO.In this thesis, a CFD model was proposed to simulate the liquid combustion of conventional and non-conventional biodiesel fuels, in particularly the B20 biodiesel blend. The numerical test matrix consists of four reacting flow cases, and one non-reacting liquid fuel injection case. The models are computed using FLUENT™ v.14 in a 3D steady-state fashion. The turbulent non-premixed diffusion flames are modeled using the steady laminar flamelet approach; with a joint presumed Probability density function (PDF) distribution. Validation is achieved by comparing available experimental measurements with the obtained CFD results. Combustor aerodynamics and the outer wall temperatures are captured with a satisfactory degree of accuracy. Validation of the main combustion products, such as: CO2, H2O, and O2, shows satisfactory results for all the reacting flow cases; however, some inconsistencies were found for the CO emissions. It is believed that the test rig (combustor geometry and operating condition) is not sufficiently adequate for burning liquid fuels. On the other hand, from a numerical combustion point of view, the steady laminar flamelet approach was found not reasonably able to capture the deep non-equilibrium effects associated with the slow formation process of a pollutant, such as CO.
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Gorgoraptis, Eleftherios. "Simulation numérique directe pour la modélisation de la combustion Diesel dans des configurations d’injections multiples." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC111/document.
Full textAbstract:
Le moteur à allumage par compression est incontestablement une des solutions pour réduire les émissions de CO2. L’utilisation de forts rapports de compression permet d’atteindre des rendements plus élevés que les moteurs à allumage commandé. Cependant, cette motorisation possède un certain nombre de défauts liés à l’inflammation du carburant et au contrôle du dégagement de chaleur. Ainsi, lorsque le moteur à allumage par compression est associé à un carburant Diesel et utilisant les systèmes d’injection traditionnels, les niveaux des émissions polluantes et du bruit de combustion peuvent devenir critiques. Une solution consiste à décomposer l’injection du carburant en plusieurs pulses (injections multiples) afin d’obtenir un contrôle optimal de la stratification du mélange air-carburant et du taux de dégagement de chaleur. Cette approche, rendue possible par le rail haute pression, est en train de devenir la règle dans les moteurs Diesel. Devant la complexité des phénomènes physico-chimiques rencontrés lors de de la combustion Diesel avec des injections multiples, la modélisation de celle-ci par des outils industriels telle que la modélisation 3D RANS (résolution des équations moyennes) reste un challenge. L’amélioration des modèles est donc essentielle afin de prédire le dégagement de chaleur et les émissions polluantes. Etant donné le manque de résultats expérimentaux précis, suffisamment détaillés et complets, l’amélioration substantielle des modèles reste problématique. La simulation numérique directe (DNS) est donc un outil permettant de générer des résultats détaillés et ainsi de développer et évaluer des modèles pour la simulation RANS. Dans cette thèse, différents modèles de combustion reposant sur une approche tabulée de la chimie ont été évalués afin de dégager leurs voies d’amélioration dans des configurations d’injections multiples, en ayant recours à des DNS de configurations représentatives d’injections multiples. Une base de données DNS représentative du problème a été construite, analysée et a servi ensuite de support à l’analyse approfondie des modèles étudiés. A la suite de cette analyse, certaines hypothèses sous-jacentes aux modèles ont été revisitéesCompression-ignition engines are widelyused, mainly due to their high thermal efficiency andconsequent low CO2 emissions compared to sparkignitionengines. However, this technology has somedisadvantages related to the limited control over autoignitionof the air-fuel mixtures and heat release rate.Hence, in compression-ignition engines at their mostbasic form, the level of combustion noise and emissionsof nitrogen oxides and particulate matter canbecome critical. An effective strategy to tackle theseproblems is to decompose fuel injection into multipleinjection pulses permitting an optimal control of theair-fuel mixture formation and, thus, of the autoignitiondelay and the heat release rate. Multiple injectionstrategies become more and more popular dueto their advantages over conventional single injectioncycles. The physical phenomena involved in suchconfigurations, however, are complex and their modellingremains challenging, especially in the context ofindustrial 3D simulation using the Reynolds-averagedNavier-Stokes (RANS) formalism. The progress ofcompression-ignition applications depends to a greatextent on the capacity of the physical models to predictheat release rate and pollutant emissions. Thelack ofa experimental results at the scale of interestorientated this study towards the use of Direct NumericalSimulation (DNS) providing a model-free insightinto the interaction between turbulent mixing and combustionchemistry. In the framework of this Ph.D. thesis,a DNS database was generated and analysed,covering a range of single and split Diesel injectionrelevantconditions. Then, different turbulent combustionmodels based on tabulated chemistry were evaluatedby comparison with the DNS results. Followingthis analysis, a new modelling approach adapted tomultiple injection configurations was elaborated. Finally,a strategy for the application of the new modellingapproach in 3D RANS was proposed for prospectivemulti-injection compression-ignition engine simulationswith an improved accuracy
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Ramirez, Lancheros Helena. "Etude expérimentale et modélisation cinétique de l'oxydation, l'auto-inflammation et la combustion de carburants Diesel et bio-Diesel." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717701.
Full textAbstract:
L'oxydation d'un gazole commercial et d'un gazole modèle (70% n-décane/30% 1-méthylnaphtalène en mol), ainsi que l'oxydation d'un carburant B30 " réel " (30% EMHV en vol.) et d'un B30 modèle (49% de n-décane, 21% de 1-méthylnaphtalène et 30% d'octanoate de méthyle en mole), a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux, un tube à choc et une bombe sphérique. Les études ont été effectuées dans un réacteur auto-agité en silice fondue, dans les mêmes conditions expérimentales initiales (560-1030 K, à 6 et 10 bar, à des richesses allant de 0,25 à 1,5). Les résultats de cette série d'expériences sont constitués de profils de concentration des espèces intermédiaires stables et des produits de combustion mesurés en fonction de la température, après prélèvement à basse pression par une sonde sonique, par infrarouge et par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats obtenus avec les " carburants réels " ainsi qu'avec les carburants modèles (gazole et B30) ont été comparés, montrant que les carburants modèles sont d'excellents substituts simplifiés pour les " carburants réels " gazole et B30. Nous avons mesuré des délais d'auto-inflammation du carburant modèle B30 dans un tube à choc à haute pression dans une large gamme de conditions expérimentales (20 et 40 bar, intervalle de richesse de 0.5 à 1.5, et températures allant de 700 à 1200 K). Les vitesses fondamentales de flammes de 1-méthylnaphtalène, de l'octanoate de méthyle, et des carburants modèles gazole et B30 ont été mesurées dans une bombe sphérique, sous différentes conditions expérimentales (une pression initiale de 1 et 4 bar, une température initiale de 423K et une large gamme de richesses). Un mécanisme détaillé a été développé, validé, puis été réduit. Il prédit raisonnablement les données expérimentales obtenues en bombe sphérique dans cette étude.
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Ahmed, Fayez-Shakil. "Modeling, simulation and control of the air-path of an internal combustion engine." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002113.
Full textAbstract:
Today's globally competitive market and its associated environmental and social issues of sustainable development are major challenges for the automobile industry. To meet them, the industry needs to invest in high performance development tools. For improving engine performance in terms of consumption and emission, the interactions between the subsystems of the engine air-path need to be understood. This thesis followed two major axes of research in this context. First, the problems related to the modeling of the global air-path system were studied, which include the airflow characteristics between the different subsystems of the air-path, high frequency combustion modeling and pulsating airflow, and estimation of the exhaust aerodynamic force on the vanes of variable geometry turbochargers (VGT). The detailed modeling study was used for developing an engine air-path simulator, which takes into account these interactions and predicts the influence of subsystems on the global air-path. The second axis of research was focused on modeling of mechatronic actuators of the air-path, taking into account their nonlinear behavior due to friction and changes in operating conditions. A generic nonlinear dynamic model was developed and included in the simulator. This model can be adapted to most commercial actuators. The complete simulator has been implemented using AMESim for engine and air-path modeling, and Simulink for control. It has been parameterized according to the specifications of a commercial diesel engine and validated against experimental data. Finally, robust local controllers were studied for actuator position control, aimed at guaranteeing the performance of the actuators under parametric uncertainty and external disturbances. An advanced controller was developed, which adapts to changes in friction characteristics of the actuator and external load changes. The performance of all controllers has been demonstrated experimentally.
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Dulbecco, Alessio. "Modeling of Diesel HCCI combustion and its impact on pollutant emissions applied to global engine system simulation." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0015/document.
Full textAbstract:
La législation sur les émissions de polluants des Moteurs à Combustion Interne (ICEs) est de plus en plus contraignante et représente un gros défi pour les constructeurs automobiles. De nouvelles stratégies de combustion telles que la Combustion à Allumage par Compression Homogène (HCCI) et l’exploitation de stratégies d’injections multiples sont des voies prometteuses qui permettent de respecter les normes sur les émissions de NOx et de suies, du fait que la combustion a lieu dans un mélange très dilué et par conséquent à basse température. Ces aspects demandent la création d’outils numériques adaptés à ces nouveaux défis. Cette thèse présente le développement d’un nouveau modèle 0D de combustion Diesel HCCI : le dual Combustion Model (dual - CM). Le modèle dual-CM a été basé sur l’approche PCM-FPI utilisée en Mécanique des Fluides Numérique (CFD) 3D, qui permet de prédire les caractéristiques de l’auto-allumage et du dégagement de chaleur de tous les modes de combustion Diesel. Afin d’adapter l’approche PCM-FPI à un formalisme 0D, il est fondamental de décrire précisément le mélange à l’intérieur du cylindre. Par consequent, des modèles d’évaporation du carburant liquide, de formation de la zone de mélange et de variance de la fraction de mélange, qui permettent d’avoir une description détaillée des proprietés thermochimiques locales du mélange y compris pour des configurations adoptant des stratégies d’injections multiples, sont proposés. Dans une première phase, les résultats du modèle ont été comparés aux résultats du modèle 3D. Ensuite, le modèle dual-CM a été validé sur une grande base de données expérimentales; compte tenu du bon accord avec l’expérience et du temps de calcul réduit, l’approche présentée s’est montrée prometteuse pour des applications de type simulation système. Pour conclure, les limites des hypothèses utilisées dans dual-CM ont été investiguées et des perspectives pour les dévélopements futurs ont été proposéesMore and more stringent restrictions concerning the pollutant emissions of Internal Combustion Engines (ICEs) constitute a major challenge for the automotive industry. New combustion strategies such as Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) and the implementation of complex injection strategies are promising solutions for achieving the imposed emission standards as they permit low NOx and soot emissions, via lean and highly diluted combustions, thus assuring low combustion temperatures. This requires the creation of numerical tools adapted to these new challenges. This Ph.D presents the development of a new 0D Diesel HCCI combustion model : the dual Combustion Model (dual−CM ). The dual-CM is based on the PCM-FPI approach used in 3D CFD, which allows to predict the characteristics of Auto-Ignition and Heat Release for all Diesel combustion modes. In order to adapt the PCM-FPI approach to a 0D formalism, a good description of the in-cylinder mixture is fundamental. Consequently, adapted models for liquid fuel evaporation, mixing zone formation and mixture fraction variance, which allow to have a detailed description of the local thermochemical properties of the mixture even in configurations adopting multiple injection strategies, are proposed. The results of the 0D model are compared in an initial step to the 3D CFD results. Then, the dual-CM is validated against a large experimental database; considering the good agreement with the experiments and low CPU costs, the presented approach is shown to be promising for global engine system simulations. Finally, the limits of the hypotheses made in the dual-CM are investigated and perspectives for future developments are proposed
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Bordet, Nicolas. "Modélisation 0D/1D de la combustion diesel : du mode conventionnel au mode homogène." Phd thesis, Université d'Orléans, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717396.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation 0D/1D de la combustion Diesel dans les moteurs récents. L'objectif est d'augmenter la précision des modèles tout en limitant les temps de calcul associés afin d'utiliser la simulation comme un outil dédié à la mise au point. Dans une première partie, le développement d'un modèle 0D orienté simulation système est présenté. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes physico-chimiques se déroulant dans la chambre de combustion confère au modèle un niveau de prédictivité conséquent. Un nouveau modèle de combustion de prémélange est proposé, permettant une modélisation détaillée des combustions fortement diluées et des combustions relatives aux injections précoces. Une approche innovante permettant de quantifier les interactions entre les jets pour la multi injection est également proposée. Après calibration sur un nombre restreint d'essais moteur, les résultats du modèle global sont comparés à des mesures expérimentales pour toute la plage de fonctionnement du moteur. La seconde partie de ce travail porte sur la modélisation 1D de la combustion Diesel. Un modèle de jet Diesel est d'abord développé et validé sur des mesures expérimentales. Ce modèle est ensuite étendu à des conditions réactionnelles à l'aide d'un couplage avec un modèle de combustion. Ce dernier s'appuie sur une tabulation des mécanismes de cinétique chimique, ainsi que sur une approche Eddy Break-Up permettant de modéliser le taux de réaction lié au micro mélange. Ce modèle est ensuite intégré à un modèle de chambre de combustion et une première validation du modèle sur des essais moteur réels est entreprise.
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Sjöberg, Magnus. "The rotating injector as a tool for exploring DI diesel combustion and emissions formation processes." Doctoral thesis, KTH, Machine Design, 2001. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-3208.
Full textAbstract:
A diesel fuel injector has been modified to allow rotationaround its axis, driven by an electric motor. Injections at upto 6000 rpm from the rotating injector have been investigatedunder the influence of air swirl on one optical research engineand one optically accessible heavy-duty diesel engine.
The experiments show that changing from a normal, staticinjection to a sweeping injection has profound effects on sprayformation, dispersion and penetration. This influences thefuel/air-mixing, autoignition, combustion rate and emissionsformation. The spray propagation is stronger influenced byinjector rotation than by air swirl.
The air entrainment into the spray increases forcounter-swirl rotation of the injector and this speeds up thevaporization and decreases the formation of soot. In addition,the oxidation of soot is enhanced since the counter-swirlinjection forces the intense fuel-rich and soot containingspray core to penetrate into fresh air instead of replenishingthe rich regions in the head of the spray. Fuel accumulationalong the piston bowl wall decreases as an effect of thereduced penetration with counter-swirl injection. Altogether,this decreases the smoke emissions for low and intermediateengine loads.
For the combustion system studied, counter-swirl rotation ofthe injector cannot decrease the smoke emissions at high engineload since the reduced spray penetration impairs the airutilization. Fast and efficient combustion at high loadrequires spray induced flame spread out into the squish region.Spray induced flow of cool fresh air from the bottom of thepiston bowl in towards the injector is also important for lowsoot formation rates.
Co-swirl rotation of the injector reduces the airentrainment into the spray and increases the soot formation.The increased smoke and CO emissions with co-swirl injectionare also attributed to the excessively large fuel-rich regionsbuilt up against the piston bowl wall.
Increased air swirl generally reduces smoke and COemissions. This is mainly an effect of enhanced burnout due tomore intense mixing after the end of fuel injection.
Changes in smoke as an effect of injector rotation aregenerally accompanied with opposite, but relatively small,changes in NO. Fast and efficient burnout is important for lowsmoke emissions and this raises both the temperature andproduction of NO. NO production is strongly influenced by thein-cylinder conditions during the latter part of themixing-controlled combustion and in the beginning of theburnout.
Keywords:diesel spray combustion, rotating injector,air swirl, air/fuel-mixing, soot, NO, CO, flame visualization,Chemkin modeling, soot deposition
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Yang, Songzhi. "Modeling of Diesel injection in subcritical and supercritical conditions." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC045/document.
Full textAbstract:
Pour satisfaire aux dernières réglementations en matière d'émissions, des progrès importants sont encore attendus des moteurs à combustion interne. De plus, améliorer l'efficacité du moteur pour réduire les émissions et la consommation de carburant est devenu plus essentiel qu'auparavant. Mais, de nombreux phénomènes complexes restent mal compris dans ce domaine, tels que le processus d'injection de carburant. Nombreux logiciels pour la dynamique des fluides numérique (CFD) prenant en compte le changement de phase (comme la cavitation) et la modélisation de l’injection ont été développés et utilisés avec succès dans le processus d’injection. Néanmoins, il existe peu de codes CFD capables de simuler avec précision des conditions d’injection transcritiques, à partir d'une condition de température de carburant sous-critique vers un mélange supercritique dans la chambre de combustion. En effet, la plupart des modèles existants peuvent simuler des écoulements à phase unique, éventuellement dans des conditions supercritiques, ou des écoulements diphasiques dans des conditions sous-critiques. Par conséquent, il manque un modèle complet capable de traiter les conditions transcritiques, y compris la transition de phase possible entre les régimes souscritiques et supercritiques, ou entre les écoulements monophasiques et diphasiques, de manière dynamique. Cette thèse a pour objectif de relever ce défi.Pour cela, des modèles d'écoulement diphasique compressible de fluide réel basés sur une approche eulérienne-eulérienne avec prise en compte de l'équilibre de phase ont été développés et discutés dans le présent travail. Plus précisément, un modèle à 6-équation entièrement compressibles incluant les équations de bilan des phases liquide et gazeuse résolues séparément ; et un modèle à 4-équation qui résout les équations des bilans liquide et gazeux en équilibre mécanique et thermique sont proposés dans ce manuscrit. L’équation d’état Peng-Robinson EoS est sélectionné pour fermer les deux systèmes et pour faire face aux éventuels changements de phase et à la transition ou à la séparation des phases. En particulier, un solveur d'équilibre de phase a été développé et validé. Ensuite, une série de tests académiques 1D portant sur les phénomènes d'évaporation et de condensation effectués dans des conditions sous-critiques et supercritiques a été simulée et comparée aux données de la littérature et aux résultats académiques disponibles. Ensuite, les modèles d'écoulement en deux phases entièrement compressibles (systèmes à 6-équation et à 4- équation) ont été utilisés pour simuler les phénomènes de cavitation dans une buse 3D de taille réelle afin d'étudier l'effet de l’azote dissous sur la création et le développement de la cavitation. Le bon accord avec les données expérimentales prouve que le solveur proposé est capable de gérer le comportement complexe du changement de phase dans des conditions sous-critiques. Enfin, la capacité du solveur à traiter l’injection transcritique à des pressions et températures élevées a été validée par la modélisation réussie de l’injecteur Spray A du réseau de combustion moteur (ECN)To satisfy latest stringent emission regulations, important progress is still be expected from internal combustion engines. In addition, improving engine efficiency to reduce the emission and fuel consumption has become more essential than before. But many complex phenomena remain poorly understood in this field, such as the fuel injection process. Numerous software programs for computational fluid dynamics (CFD) considering phase change (such as cavitation) and injection modelling, have been developed and used successfully in the injection process. Nevertheless, there are few CFD codes able to simulate correctly transcritical conditions starting from a subcritical fuel temperature condition towards a supercritical mixture in the combustion chamber. Indeed, most of the existing models can simulate either single-phase flows possibly in supercritical condition or two-phase flows in subcritical condition; lacking therefore, a comprehensive model which can deal with transcritical condition including possible phase transition from subcritical to supercritical regimes, or from single-phase to two-phase flows, dynamically. This thesis aims at dealing with this challenge. For that, real fluid compressible two-phase flow models based on Eulerian-Eulerian approach with the consideration of phase equilibrium have been developed and discussed in the present work. More precisely, a fully compressible 6-equation model including liquid and gas phases balance equations solved separately; and a 4-equation model which solves the liquid and gas balance equations in mechanical and thermal equilibrium, are proposed in this manuscript. The Peng-Robinson equation of state (EoS) is selected to close both systems and to deal with the eventual phase change or phase transition. Particularly, a phase equilibrium solver has been developed and validated. Then, a series of 1D academic tests involving the evaporation and condensation phenomena performed under subcritical and supercritical conditions have been simulated and compared with available literature data and analytical results. Then the fully compressible two-phase flow models (6-Equation and 4-Equation systems) have been employed to simulate the cavitation phenomena in a real size 3D nozzle to investigate the effect of dissolved N2 on the inception and developing of cavitation. The good agreement with experimental data proves the solver can handle the complex phase change behavior in subcritical condition. Finally, the capability of the solver in dealing with the transcritical injection at high pressure and temperature conditions has been further validated through the successful modelling of the engine combustion network (ECN) Spray A injector
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Paciotti, Robert Neil. "AN EVALUATION OF NITROGEN OXIDE EMISSION FROM A LIGHT-DUTY HYBRID-ELECTRIC VEHICLE TO MEET U.S.E.P.A. REQUIREMENTS USING A DIESEL ENGINE." University of Akron / OhioLINK, 2007. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=akron1185480463.
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Meyer, Jason. "Calibration reduction in internal combustion engine fueling control: modeling, estimation and stability robustness." The Ohio State University, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1306682834.
Full text
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Bilge, Egemen. "Computer Modeling Of Blowback Oil Consumption In Internal Engines." Master's thesis, METU, 2009. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12611129/index.pdf.
Full textAbstract:
Environmental pollution is an important problem of our world. Governments are aware of this problem and emission regulations are continuously improved. One of the strictest regulations is about unburned and burned hydrocarbon emissions. In internal combustion engines the origin of the burned and unburned hydrocarbons is fuel and engine oil. As a result of the sanctions and the necessity of improved combustion performance of the engine, manufacturers work on manufacturing technology and engine tribology. With the improvement of these areas oil loss from internal combustion engine is reduced. Engine oil consumption mechanisms are specific research areas in the internal combustion engine development. Oil consumption occurs via to two main routes: &ldquoValve train&rdquo
and &ldquo
in cylinder components&rdquo
. In cylinder components have three sub mechanisms: evaporation, ring scraping and blowback. In this thesis, blowback oil loss mechanism is studied. 2D flow model of piston-cylinder mechanism is developed in Fluent. Land pressures and ring end gap flow data are taken from this model. An iterative computer program is developed to calculate backflow oil consumption. In this program, an empirical entrainment correlation compiled from literature is used. The calculated oil consumption values match with the range of the values in the literature.
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Durand, Pascal. "Modélisation de brouillards de gouttelettes par une approche statistique." Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES023.
Full textAbstract:
Un modèle numérique, basé sur une approche de type fonction densité de probabilité, a été développé pour calculer le mélange turbulent intervenant au sein des brouillards de gouttelettes se vaporisant. Ce sous modèle est basé sur la simulation stochastique de type Monte Carlo d'une équation de transport de la PDF jointe liquide-gaz prenant en compte aussi bien le mélange air-fuel vapeur à grande échelle que l'effet de la turbulence à petite échelle. Cette dernière est causée par le transport moléculaire dans le champ turbulent, lui-même perturbe par la dynamique aléatoire des gouttes se vaporisant. L'interaction vaporisation-micromélange est traitée par un processus modifié de coalescence-redispersion où l'on a introduit une partie laminaire au mélange. Le sous modèle a été incorporé au code de calcul tridimensionnel Kiva II. L'analyse de la structure fluctuante du champ de fuel vapeur a montré des distributions discontinues de fraction massique et de température dans les zones où les gouttes ne sont pas entièrement vaporisées. Les distributions locales sont très différentes de celles habituellement supposées par les modèles classiques qui supposent la vapeur parfaitement mélangée dans la maille. L'application de ce modèle au cas Diesel montre un bon comportement en terme de prédiction des champs de concentrations et de dégagement de chaleur. Le modèle de PDF permet d'obtenir des informations détaillées sur les sites probables d'auto-allumage, sur les domaines occupes par le fuel vapeur et sur les zones de combustion. Dans la configuration moteur-fusée, la méthode permet d'obtenir une hauteur d'accrochage au proche voisinage de l'injecteur, comme l'a montré l'expérience, contrairement au modèle EBU. La dynamique aléatoire de la phase liquide contribue fortement au champ de fluctuations de température, très intense dans la zone de stabilisation moyenne de la flamme.
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Bennett, Guy Malcolm. "CFD modelling of ignition and combustion in diesel engines." Thesis, Imperial College London, 2003. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.408413.
Full text
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Bai, Chengxin. "Modelling of spray impingement processes." Thesis, Online version, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?did=1&uin=uk.bl.ethos.299814.
Full text
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Wang, De Ming. "Modelling spray wall impaction and combustion processes of diesel engines." Thesis, University of Manchester, 1992. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.260644.
Full text
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Mason, Timothy Paul. "The modelling and structural design of a diesel engine cylinder block." Thesis, University of Manchester, 1989. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.252670.
Full text
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Morgan, Tessa Joanne. "The modelling of internal combustion engine thermal systems and behaviour." Thesis, University of Nottingham, 2003. http://eprints.nottingham.ac.uk/12225/.
Full textAbstract:
The work described in this thesis concerns the continued development and application of a computational model to simulate the thermal behaviour of internal combustion engines. The model provides information on temperature and heat flow distributions within the engine structure, and on temperatures of oil, coolant and engine-out exhaust gas. Sub-models calculate friction levels, fuel flow rates and gas-side heat transfer, including the effects of exhaust gas recirculation (EGR), spark advance and turbocharging. The effects of auxiliary components such as a cabin heater, oil cooler, intercooler, supplementary heater and EGR cooler can also be simulated. Model developments are aligned towards improving the accessibility of the model and the scope of engine systems that can be simulated. Early versions of the model have been converted from 'C' into the current MATLAB/Simulink versions. The model structure and conversion process are described. New developments undertaken have focused on the external coolant circuit and include the modelling of the thermostat and radiator. A semi-empirical thermostat model is presented. A radiator model based on the effectiveness-NTU method is described. Simulations using the developed model, including the thermostat and radiator sub-models, investigate the effect of thermostat position on engine thermal behaviour. Positioning the thermostat on the inlet to the engine reduces thermal shock. Applications of the model to investigations of sensitivity and performance illustrate the accuracy of and confidence in model predictions. Assessments demonstrate that the model is relatively insensitive to variations of 100/0 in user inputs and is very sensitive to model assumptions if simulation conditions, implied in the model assumptions, are not matched to test conditions. A process for evaluating model performance is described. Evaluation exercises applied to three different engines demonstrate that values predicted by the model are to within 5 to 10% of experimental values. Investigations using the model of methods to improve warm-up times and fuel consumption prior to fully warm conditions show the benefits or otherwise of reduced thermal capacity, an oil cooler, a sump oil heater and an oil-exhaust gas heat exchanger. Each method is assessed over the New European Drive Cycle (NEDC) from a -10°C start. Of these methods, a combined reduction in coolant volume and engine structural mass is most beneficial for reducing coolant warm-up times. An oil-exhaust gas heat exchanger produces the greatest reduction in fuel consumption.
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Chen, Xiang-Dong. "Measurement and modelling of diesel engine combustion with particular reference to soot formation." Thesis, University of Manchester, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.333281.
Full text
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Yagoubi, Mouadh. "Optimisation évolutionnaire multi-objectif parallèle : application à la combustion Diesel." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00734108.
Full textAbstract:
Avec la sévérisation des réglementations environnementales sur les émissions polluantes (normes Euro) des moteurs d'automobiles, la nécessité de maitriser les phénomènes de combustion a motivé le développement de la simulation numérique comme outil d'aide à la conception. Tenant compte de la complexité des phénomènes à modéliser, et de l'antagonisme des objectifs à optimiser, l'optimisation évolutionnaire multi-objectif semble être la mieux adaptée pour résoudre ce type de problèmes. Cependant, l'inconvénient principal de cette approche reste le coût très élevé en termes de nombre d'évaluations qui peut devenir très contraignant dans le contexte des optimisations réelles caractérisées par des évaluations très coûteuseL'objectif principal de ce travail de thèse est de réduire le coût global des optimisations du monde réel, en explorant la parallélisation des algorithmes évolutionnaires multi-objectifs, et en utilisant les techniques de réduction du nombre d'évaluations (méta-modèles).Motivés par le phénomène d'hétérogénéité des coûts des évaluations, nous nous proposons d'étudier les schémas d'évolution stationnaires asynchrones dans une configuration parallèle de type " maître-esclave ". Ces schémas permettent une utilisation plus efficace des processeurs sur la grille de calcul, et par conséquent de réduire le coût global de l'optimisation.Ce problème a été attaqué dans un premier temps d'un point de vue algorithmique, à travers une adaptation artificielle des algorithmes évolutionnaires multi-objectifs au contexte des optimisations réelles caractérisées par un coût d'évaluation hétérogène. Dans un deuxième temps, les approches développées et validées dans la première partie sur des problèmes analytiques, ont été appliquées sur la problématique de la combustion Diesel qui représente le contexte industriel de cette thèse. Dans ce cadre, deux types de modélisations ont été utilisés: la modélisation phénoménologique 0D et la modélisation multidimensionnelle 3D. La modélisation 0D a permis par son temps de retour raisonnable (quelques heures par évaluation) de comparer l'approche stationnaire asynchrone avec celle de l'état de l'art en réalisant deux optimisations distinctes. Un gain de l'ordre de 42 % a été réalisé avec l'approche stationnaire asynchrone. Compte tenu du temps de retour très coûteux de la modélisation complète 3D (quelques jours par évaluation), l'approche asynchrone stationnaire déjà validée a été directement appliquée. L'analyse physique des résultats a permis de dégager un concept intéressant de bol de combustion permettant de réaliser un gain en termes d'émissions polluantes.
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Pérez, Sánchez Eduardo Javier. "Application of a flamelet-based combustion model to diesel-like reacting sprays." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2019. http://hdl.handle.net/10251/117316.
Full textAbstract:
[ES] El objetivo de esta tesis es la investigación y análisis de la estructura interna de los chorros diésel reactivos y el efecto de las condiciones de contorno en los parámetros asociados a la combustión. Este objetivo se consigue por medio de la simulación numérica del chorro con modelos de turbulencia RANS y LES usando un modelo de combustión avanzado basado en el concepto flamelet.
Para este estudio, se aplica una aproximación simplificada de las flamelets de difusión, conocidas en la literatura como Flamelets de Difusión Aproximadas (ADF en inglés), como fundamento del modelo de combustión. En una primera etapa, el modelo se valida con combustibles de diferente complejidad química en regímenes estacionarios y transitorios para el conjunto de posibles velocidades de deformación. Una vez se confirma su idoneidad para condiciones encontradas en chorros diésel, se aplica a la simulación del chorro A del Engine Combustion Network (ECN), representativo de chorros diésel.
Para proporcionar un cuadro completo de los fenómenos subyacentes, la combustión se analiza inicialmente para condiciones homogéneas y llamas laminares para las distintas condiciones de contorno de este experimento. Después este análisis se complementa con la simulación de diferentes mecanismos químicos para determinar cómo las características del encendido predichas por el esquema de oxidación afectan a la propagación de llama. Los resultados obtenidos en esta etapa se enlazan con el análisis del chorro turbulento en el contexto de simulaciones RANS y LES para describir cómo el fenómeno de la combustión se modifica con los diferentes niveles de complejidad física. La estructura del chorro turbulento se describe profundamente para las distintas condiciones de contorno y mecanismos químicos en términos de mezcla y escalares reactivos para las fases temporales y las regiones espaciales de la llama.
La satisfactoria concordancia con los resultados experimentales muestran que el concepto flamelet, y más particularmente el modelo ADF, es adecuado para las simulaciones de chorros diésel.[CAT] L'objectiu d'esta tesi és la investigació i anàlisi de l'estructura interna dels dolls dièsel reactius i l'efecte de les condicions de contorn en els paràmetres associats a la combustió. Este objectiu s'aconsegueix per mitjà de la simulació numèrica del doll amb models de turbulència RANS i LES usant un model de combustió avançat basat en el concepte flamelet. Per a este estudi, s'aplica una aproximació simplificada de les flamelets de difusió, conegudes a la literatura com Flamelets de Difusió Aproximades (ADF en anglés), com a fonament del model de combustió. En una primera etapa, el model es valida amb combustibles de diferent complexitat química en règims estacionaris i transitoris per al conjunt de possibles velocitats de deformació. Una vegada es confirma la seua idoneïtat per a condicions trobades en dolls dièsel, s'aplica a la simulació del doll A del Engine Combustion Network (ECN), representatiu de dolls dièsel. Per a proporcionar un cuadre complet dels fenòmens subjacents, la combustió s'analitza inicialment per a condicions homogènies i flames laminars per a les distintes condicions de contorn d'aquest experiment. Després esta anàlisi es complementa amb la simulació de diferents mecanismes químics per a determinar com les característiques de l'encesa predites per l'esquema d'oxidació afecten la propagació de flama. Els resultats obtinguts en esta etapa s'enllacen amb l'anàlisi del doll turbulent en el context de simulacions RANS i LES per a descriure com el fenomen de la combustió es modifica amb els diferents nivells de complexitat física. L'estructura del doll turbulent es descriu profundament per a les distintes condicions de contorn i mecanismes químics en termes de mescla i escalars reactius per a les fases temporals i les regions espacials de la flama. La satisfactòria concordança amb els resultats experimentals mostren que el concepte flamelet, i més particularment el model ADF, és adequat per a les simulacions de dolls dièsel.
[EN] The objective of this thesis is the investigation and analysis of the internal structure of diesel-like reacting sprays and the effect of boundary conditions on combustion related parameters. This objective is achieved by means of the numerical simulation of the spray with RANS and LES turbulence models using an advanced combustion model based on the flamelet concept. For this study, a simplified approach for diffusion flamelets, known in the literature as Approximated Diffusion Flamelet (ADF), is applied as the basis of the combustion model. In a first step, this model is validated for fuels with different chemical complexity in steady and transient regimes for the whole set of possible strain rates. Once its suitability is confirmed for conditions found in diesel sprays, it is applied to the simulation of spray A from the Engine Combustion Network (ECN), representative of diesel-like sprays. In order to provide a complete picture of the underlying phenomena, combustion is initially analysed in homogeneous conditions and laminar flames for the different boundary conditions of this experiment. Later, this analysis is complemented with the simulation of different chemical mechanisms in order to determine how the ignition characteristics predicted by the oxidation scheme affect to the flame propagation. The results obtained at this stage are connected with the analysis of the turbulent spray in the context of RANS and LES simulations as a way to track how combustion phenomenon is modified at the different levels of physical complexity. The turbulent spray structure is thoroughly described for the different boundary conditions and chemical schemes in terms of mixing and reactive variables for both temporal phases and spatial flame regions. The satisfactory agreement with experimental results shows that the flamelet concept, and more particularly the ADF model, is suitable for diesel-like sprays simulations.
Pérez Sánchez, EJ. (2019). Application of a flamelet-based combustion model to diesel-like reacting sprays [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/117316
TESIS
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May-Carle, Jean-Baptiste. "Ethanol et moteur Diesel : mécanismes de combustion et formation des polluants." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00843644.
Full textAbstract:
Les mélanges GtL/EMHC/éthanol ont un potentiel important comme carburant alternatif pour moteur Diesel.Néanmoins, l'utilisation de ce type de biocarburant en moteur Diesel nécessite une connaissance précise de la cinétiqued'oxydation de ses différents constituants.Une étude bibliographique approfondie a permis de sélectionner quatre espèces modèles représentatives des mélangesGtL/EMHC/éthanol : le n-décane, l'iso-octane, l'octanoate de méthyle et l'éthanol. L'oxydation de mélanges de cesespèces modèles a ensuite été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm), pour trois richesses (0,5 ; 1 et 2) etsur un large domaine de température (550-1150 K). L'analyse des échantillons par chromatographie en phase gazeuse apermis de quantifier les principaux produits issus de l'oxydation des mélanges étudiés. Un mécanisme cinétique détaillécapable de reproduire l'oxydation des mélanges n-décane/iso-octane/octanoate de méthyle/éthanol a ensuite été mis aupoint. Les prédictions du modèle reproduisent de manière satisfaisante les résultats expérimentaux sur toute la gamme derichesse et de température testée en réacteur auto-agité. L'analyse du modèle a également permis de déterminer les voiesréactionnelles prépondérantes en fonction de la composition des mélanges.Enfin, la combustion de mélanges GtL/EMAG/éthanol a été étudiée en moteur monocylindre Diesel. Cette phased'essais, incluant une analyse approfondie des émissions non réglementées, a permis d'observer l'influence de laformulation des carburants sur l'initiation de la combustion et sur la composition des gaz d'échappements.
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Ghomashi, Hossein. "Modelling the combustion in a dual fuel HCCI engine : investigation of knock, compression ratio, equivalence ratio and timing in a Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine with natural gas and diesel fuels using modelling and simulation." Thesis, University of Bradford, 2013. http://hdl.handle.net/10454/7344.
Full textAbstract:
This thesis is about modelling of the combustion and emissions of dual fuel HCCI engines for design of “engine combustion system”. For modelling the combustion first the laminar flamelet model and a hybrid Lagrangian / Eulerian method are developed and implemented to provide a framework for incorporating detailed chemical kinetics. This model can be applied to an engine for the validation of the chemical kinetic mechanism. The chemical kinetics, reaction rates and their equations lead to a certain formula for which the coefficients can be obtained from different sources, such as NASA polynomials [1]. This is followed by study of the simulation results and significant findings. Finally, for investigation of the knock phenomenon some characteristics such as compression ratio, fuel equivalence ratio, spark timing and their effects on the performance of an engine are examined and discussed. The OH radical concentration (which is the main factor for production of knock) is evaluated with regard to adjustment of the above mentioned characteristic parameters. In the second part of this work the specification of the sample engine is given and the results obtained from simulation are compared with experimental results for this sample engine, in order to validate the method applied in AVL Fire software. This method is used to investigate and optimize the effects of parameters such as inlet temperature, fuels ratio, diesel fuel injection timing, engine RPM and EGR on combustion in a dual fuel HCCI engine. For modelling the dual fuel HCCI engine AVL FIRE software is applied to simulate the combustion and study the optimization of a combustion chamber design. The findings for the dual fuel HCCI engine show that the mixture of methane and diesel fuel has a great influence on an engine's power and emissions. Inlet air temperature has also a significant role in the start of combustion so that inlet temperature is a factor in auto-ignition. With an increase of methane fuel, the burning process will be more rapid and oxidation becomes more complete. As a result, the amounts of CO and HC emissions decrease remarkably. With an increase of premixed ratio beyond a certain amount, NOX emissions decrease. With pressure increases markedly and at high RPM, knock phenomenon is observed in HCCI combustion.
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Auñón, García Ángel. "Development and validation of a virtual engine model for simulating standard testing cycles." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2021. http://hdl.handle.net/10251/168906.
Full textAbstract:
[ES] Las nuevas regulaciones en materia de emisiones de efecto invernadero y calidad del aire han conducido la evolución tecnológica de los motores de combustión interna durante los últimos años. Las mejoras en el proceso de la combustión, la sobrealimentación, la gestión térmica, los sistemas de post tratamiento y técnicas como la recirculación de gases de escape, han permitido que los motores de combustión interna de hoy en día sean cada vez más limpios. La adopción en Europa del nuevo ciclo de homologación WLTP, que considera un ciclo de conducción más realista que su predecesor el NEDC, así como la necesidad de evaluar las emisiones contaminantes en diferentes escenarios de temperatura ambiente y de altitud, suponen un desafío para los fabricantes a la hora de diseñar y optimizar sus motores. En este contexto, el modelado unidimensional del motor ofrece la posibilidad de desarrollar y probar diferentes soluciones con la suficiente precisión,a la vez que permite agilizar el proceso de diseño del motor y reducir los costes de éste.
El objetivo de esta tesis es el de desarrollar un modelo completo de motor virtual que permita simular condiciones transitorias de régimen de giro y grado de carga, así como diferentes condiciones ambientales de presión y temperatura. Con este modelo de motor se pretende predecir las principales variables termo-fluidodinámicas en diferentes puntos del motor y las emisiones contaminantes liberadas en el escape.
Por otra parte, el arranque en frío y el funcionamiento a bajas temperaturas están asociados a un mayor consumo, mayores emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO), así como mayores emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) debido a la desactivación de los sistemas de recirculación de gases de escape. Para paliar estos efectos adversos, una opción es lograr que el sistema de postratamiento alcance su temperatura de activación lo más pronto posible. En este trabajo se aborda este objetivo mediante dos soluciones. Por un lado, se ha explorado la posibilidad de elevar la temperatura de los gases en el escape mediante un sistema de distribución variable. Con este método se pueden reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 40-50 % y las emisiones de NOx hasta un 15 % durante la primera fase del ciclo WLTC, a costa de una penalización en el consumo de combustible. Por otro lado, también se ha estudiado la posibilidad de aislar térmicamente el sistema de escape. En este caso, es posible reducir las emisiones de CO y HC en torno a un 30 % sin mejorar las de NOx.[CA] Les noves regulacions en matèria d'emissions d'efecte d'hivernacle i qualitat de l'aire han conduït la evolució tecnològica dels motors de combustió interna durant els darrers anys. Les millores en el procés de la combustió, la sobrealimentació, la gestió tèrmica, els sistemes de postractament i tècniques com la recirculació de gasos d'escapament, han permès que els motors de combustió interna d'avui dia siguen cada vegada més nets. L'adopció a Europa del nou cicle d'homologació WLTP, que considera un cicle de conducció més realista que el seu predecessor el NEDC, així com la necessitat d'avaluar les emissions de gasos contaminants en diferents escenaris de temperatura ambient i humitat, suposen un repte per als fabricants a l'hora de dissenyar i optimitzar els seus motors. En aquest context, el modelatge unidimensional del motor ofereix la possibilitat de desenvolupar i provar diferents solucions amb la suficient precisió, al mateix temps que agilitza el procés de disseny del motor i reduïx els costos derivats d'aquest. L'objectiu d'aquesta tesi és el de desenvolupar un model complete de motor virtual que permeta simular condicions transitòries de règim de gir i grau de càrrega, així com diferents condicions ambientals de pressió i temperatura. Amb aquest model de motor es pretén predir les principals variables termo-fluidodinàmiques en diferents punts del motor i les emissions contaminants alliberades en l'escapament. Per altra banda, l'arrancada en fred i el funcionament a baixes temperatures están associats a un major consum, majors emissions d'hidrocarburs (HC) i monòxid de carboni (CO), així com majors emissions d'òxids de nitrògen (NOx) degudes a la desactivació dels sistemes de recirculació de gasos d'escapament. Per a pal·liar aquestos efectes indesitjats, una opció és aconseguir que el sistema de postractament arribe a la seua temperatura d'activació el més prompte possible. En aquest treball, aquest objectiu s'aborda mitjançant dues solucions. Per una banda, s'ha investigat la possibilitat d'augmentar la temperatura dels gasos en l'escapament per mitjà d'un sistema de distribució variable. Amb aquest mètode s'ha aconseguit reduïr les emissions de CO i HC al voltant d'un 40-50 % i les emissions de NOx fins a un 15 % durant la primera fase del cicle WLTC, acosta d'una penalització en el consum de combustible. Per altra banda, també s'ha estudiat la possibilitat d'aïllar tèrmicament el sistema d'escapament. En aquest cas, és possible reduir les emissions de CO i HC vora un 30 % sense millorar les de NOx .
[EN] The new regulations regarding greenhouse emissions and air quality have led the technological progress of the internal combustion engines during the recent years. Improvements in the combustion process, turbocharging, thermal management, after-treatment systems and techniques such as the exhaust gases recirculation, have resulted in cleaner internal combustion engines. The adoption of the new type approval test in Europe, so-called WLTP, which represents a more realistic driving cycle than its forerunner the NEDC, as well as the need to evaluate pollutant emissions at different conditions of ambient temperature and altitude, represent a challenge for manufacturers when it comes to design and optimise their engines. In this context, one-dimensional engine models offer the possibility to develop and test different solutions with enough accuracy, while hastening the engine design process and reducing its costs. The main objective of this thesis is to develop a complete virtual engine model able to simulate transient conditions of engine speed and load, as well as different ambient conditions of pressure and temperature. The engine model is used to predict the main thermo-and fluid dynamic variables at different engine locations and the tailpipe pollutant emissions. Furthermore, engine cold start and its operation at low temperature is associated to a greater fuel consumption, hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions; as well as more nitrogen oxide (NOx) emissions due to the deactivation of the exhaust gases recirculation systems. A solution to mitigate these negative effects is to heat up the after-treatment system so as to achieve its activation temperature as soon as possible. In the work presented, this goal is addressed through two different standpoints. On the one hand, variable valve timing systems have been studied as a way to increase the exhaust gases temperature. With this option it is possible to reduce CO and HC emissions by 40-50 % and NOx emissions by 15 % during the first stage of the WLTC cycle, at the expense of a penalty in the fuel consumption. On the other hand, the thermal insulation of the exhaust system has also been studied with the same objective. In this case, it is possible to reduce CO and HC emissions by 30 %, while not improving NOx ones.
The author wishes to acknowledge the financial support received through the FPI S2 2018 1048 grant of Programa de Apoyo para la Investigación y Desarrollo (PAID) of Universitat Politècnica de València.
Auñón García, Á. (2021). Development and validation of a virtual engine model for simulating standard testing cycles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168906
TESIS
34
Musculus, Mark P. "Coherent flamelet modeling of diesel engine combustion." 1994. http://catalog.hathitrust.org/api/volumes/oclc/32839103.html.
Full textAbstract:
Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1994.Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves R1-R4).
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Aljure, Osorio Alejandro. "A contribution to 1D Modeling of Diesel Sprays and Combustion." Thesis, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0038/document.
Full textAbstract:
Les moteurs diesel sont largement utilisés pour la propulsion automobile, grâce à leur rendement élevé. Les émissions polluantes les plus importantes des moteurs diesel sont les NOx et les particules (en combustion Dieselconventionnelle). Il est difficile de réduire et contrôler ces émissions parce que la diminution d’un polluant entraine l’augmentation de l’autre. Une voie est la combustion Diesel LTC (Combustion à basse température) qui peut réduireces deux polluants, mais d’autres polluants apparaissent alors, comme CO et HC. Une façon d’arriver à desconditions LTC est l’utilisation de l’injection multiple (pilote/main, split injection, etc.). La caractérisation de cesinjections multiples est particulièrement complexe, en raison des interactions entre les différentes injections.Cette thèse a pour but de réaliser un modèle 1D de spray qui peut simuler l’injection multiple et la combustioncorrespondante dans un moteur diesel de type automobile, suite à la thèse de G. Ma soutenue au LHEEA en 2013,qui a développé un modèle de combustion basé sur le modèle de spray 1D eulérien de Musculus et Kattke (sprayinerte). Une comparaison de ce modèle avec un modèle lagrangien (Hiroyasu, Poetsch), qui a un traitement pseudo2D pour le spray de carburant, est menée pour évaluer les différences entre les approches et déterminer l’approche lamieux adaptée aux cas envisagés.L’interaction du spray avec une paroi, essentielle pour modéliser les conditions dans un moteur automobile faitégalement l’objet d’une étude bibliographique et de premières tentatives de modélisation. Une modélisation pseudo-2D pour le modèle Eulérien est faite pour améliorer le calcul du dégagement de chaleur et de délai d’inflammation. Lavalidation de ces différentes évolutions est faite en confrontant les résultats du modèle avec des résultatsexpérimentaux obtenus sur la base de données de l’ECN (Engine Combustion Network), mais aussi avec des relevéseffectués par des autres auteurs. Des développements spécifiques sont également introduits pour traiter le casd’injection multiple et l’injection dans une chambre de combustion à géométrie variable (le système piston-cylindre)Diesel engines are largely used in automotive propulsion due to their elevated efficiency. The most important pollutant emissions of diesel engines are NOx and particulate matter (in the case of conventional Diesel combustion). It is difficult to reduce and control these emissions because reducing one pollutant emission increases the other one. One way to try to achieve reduction in both pollutant emissions is called LTC (Low Temperature Combustion), which can reduce these two pollutants, but other pollutant emissions appear, as CO and HC. One way to achieve LTC conditions is using multiple injections (pilot/main, split injection, etc.). Modeling these injections is particularly complex, mainly due to their interactions.The objective of this thesis is to make a 1D spray model that can simulate multiple injections and the correspondingcombustion in an automobile diesel engine, continuing the work of G. Ma in his thesis defended at LHEEA in 2013,which developed a combustion model based in the 1D Eulerian spray of Musculus and Kattke (inert spray). Acomparison is made of this model and a Lagrangian model (Hiroyasu, Poetsch), which has a pseudo-2D treatment ofthe fuel spray, to evaluate the differences between the approaches and determine the best one suited for the foreseencases.The spray-wall interaction, essential to model the conditions inside an automotive engine, is subject to a bibliographyreview and coarse modeling. A pseudo-2D modeling for the Eulerian model is made, to improve the heat release rateand ignition delay calculation. The validation of these different evolutions is made by comparing the model results withexperimental results obtained from the ECN (Engine Combustion Network) data base, and also with data obtainedfrom the TSM test engines. Specific developments are also introduced to treat the multiple injection case and injectionin a variable geometry combustion chamber (the piston-cylinder system)
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Pachano, Prieto Leonardo Manuel. "CFD modeling of combustion and soot production in Diesel sprays." Doctoral thesis, 2020. http://hdl.handle.net/10251/142189.
Full textAbstract:
[ES] En los últimos años, las emisiones de hollín provenientes de los motores de combustión interna han recibido más atención debido al impacto negativo que éstas tienen no solo en el ambiente, sino también en la salud del ser humano. Como respuesta, leyes cada vez más estrictas han sido aplicadas impulsando así a la comunidad científica al desarrollo de motores más eficientes en el uso del combustible y por supuesto más limpios en términos de emisiones contaminantes. En este contexto, el modelado computacional ha sido la herramienta utilizada en numerosos esfuerzos que buscan contribuir a mejorar el entendimiento que se tiene sobre los altamente complejos fenómenos que componen el proceso de producción de hollín. El principal objetivo de esta tesis es simular la producción de hollín en chorros Diesel en condiciones de operación típicas de un motor de combustión interna utilizando CFD.
La consecución del objetivo de la tesis comprende una evaluación preliminar de la configuración de los distintos modelos para el caso de chorros inertes. En segundo lugar, el estudio detallado de la hipótesis utilizada para caracterizar la estructura de la llama a nivel sub-grid (tomando como base los conceptos well-mixed o flamelet) y del enfoque para tener en cuenta la interacción entre turbulencia y química. Por último, se presentan resultados del modelado de la combustión y producción de hollín para diferentes condiciones de contorno de reactividad y mezcla del chorro utilizando un modelo de hollín de dos ecuaciones.
En resumen, el lector encontrará a lo largo de este documento un estudio exhaustivo sobre la combustión y producción de hollín en chorros inyectados con toberas mono-orificio en ambientes quiescentes. De este tipo de chorros, el Spray A y Spray D de la Engine Combustion Network son utilizados como casos de referencia.[CAT] En els últims anys, les emissions de sutge provinents dels motors de combustió interna han rebut més atenció a causa de l'impacte negatiu que aquestes tenen no sols en l'ambient, sinó també en la salut de l'ésser humà. Com a resposta, lleis cada vegada més estrictes han sigut aplicades impulsant així a la comunitat científica al desenvolupament de motors més eficients en l'ús del combustible i per descomptat més nets en termes d'emissions contaminants. En aquest context, el modelatge computacional ha sigut l'eina utilitzada en nombrosos esforços que busquen contribuir a millorar l'enteniment que es té sobre els altament complexos fenòmens que componen el procés de producció de sutge. El principal objectiu d'aquesta tesi és simular la producció de sutge en rolls dièsel en condicions d'operació típiques d'un motor de combustió interna utilitzant CFD. La consecució de l'objectiu de la tesi comprèn una avaluació preliminar de la configuració dels diferents models per al cas de rolls inerts. En segon lloc, l'estudi detallat de la hipòtesi utilitzada per a caracteritzar l'estructura de la flama a nivell sub-grid (prenent com a base els conceptes well-mixed o flamelet) i de l'enfocament per a tindre en compte la interacció entre turbulència i química. Finalment, es presenten resultats del modelatge de la combustió i producció de sutge per a diferents condicions de contorn de reactivitat i mescla del doll utilitzant un model de sutge de dues equacions. En resum, el lector trobarà al llarg d'aquest document un estudi exhaustiu sobre la combustió i producció de sutge en dolls injectats amb toveres mono-orifici en ambients immòbils. D'aquesta mena de dolls, l'Spray A i Spray D de la Engine Combustion Network són utilitzats com a casos de referència.
[EN] Over the past few years, soot emissions from internal combustion engines have gained attention due to its impact on the environment and human health. In response, ever-stricter legislation has been enforced driving the research community toward more fuel-efficient and cleaner engines. Within this context, soot modeling has been the subject of many efforts seeking to contribute to the understanding of the highly complex phenomena that composes the soot production process. This thesis main objective aims at simulating soot production in Diesel sprays under engine-like conditions using computational fluid dynamics (CFD). The fulfillment of the thesis main objective entails a preliminary assessment of the inert spray computational setup for validation purposes. Then, a detailed study on the sub-grid flame structure and handling of turbulence-chemistry interaction is reported focusing on well-mixed and flamelet assumptions. Lastly, the study of reactivity and mixing boundary condition variations on combustion and soot production are assessed with a two-equation soot model. In summary, throughout this document the reader will find a comprehensive study of combustion and soot modeling in single-hole nozzle sprays in quiescent environments from which the Spray A and Spray D target conditions from the Engine Combustion Network are the main reference cases.
The respondent wishes to acknowledge the financial support received through Programa de Ayudas de Investigación y Desarrollo (PAID-01-16) and Ayudas para movilidad dentro del Programa para la Formación de Personal investigador 2017 of Universitat Politècnica de València and the Government of Spain through the CHEST Project (TRA2017-89139-C2-1-R). The respondent also wants to express his gratitude to Convergent Science for their kind support in the use of CONVERGE software for performing the CFD simulations. Parts of the work presented in this thesis have been supported in a collaborative framework with research partners at Argonne National Laboratory and their support is greatly acknowledged.
Pachano Prieto, LM. (2020). CFD modeling of combustion and soot production in Diesel sprays [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/142189
TESIS
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Tsai, Hsin-Luen, and 蔡欣倫. "ADVANCED DIESEL ENGINE COMBUSTION MODELING AND SIMULATION "STRUCTURES, COMPLEXITIES AND PERFORMANCE"." Thesis, 2001. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/66992360433954437804.
Full textAbstract:
博士國立成功大學
航空太空工程學系
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The present study firstly applies the group combustion theory to elaborate the investigation on the combustion modal structures and the calculations of the global Chiu number associated with the engine performance and emission production in the DI diesel engine combustion. KIVA 3V (Rel.2) has been selected as the numerical code and updated with the state-of-art physical models including the Shell ignition model, the KH-RT competing spray breakup model, droplet ignition criteria, and renormalized droplet laws. The numerical simulation with updated KIVA 3V (Rel.2) has been performed to validate its applicable feasibility for combustion modeling in the DI diesel engine. The results show in good agreements with predictions of in-cylinder pressure distribution and heat release rate in comparison with experimental data in Caterpillar DI diesel engine and the reasonable prediction of spray penetration distance in Cummins DI diesel engine. Global Chiu number defined in this study is regarded as the measure of droplet group tightness under the aerothermalchemical environment. Evolution of combustion modal structures associated with global Chiu number in diesel spray combustion has been achieved to assess the dynamic G-valued characteristics and transience. Three major scenarios, characterized by two characteristic points: pre-ignition (θ_ig) and post-ignition (θ_DF), include the pre-ignition, ignition transience and post-ignition combustion, which exhibit the overall complexities in the DI diesel engines. The ignition transience featured by sudden G-valued transition from pre-ignition point (qig) to post-ignition point (θ_DF), is regarded as the unique group combustion phenomena in the DI diesel engine. Before the post-ignition point, the excitation, transition and co-existence of both internal and external group combustion modes in the present prediction are represented as the so-called anomalous group combustion phenomenon. And after the post-ignition point (θ_DF), the post-ignition combustion is classified into the normal group combustion. According to the locus of θ_ig in the parametric study, the θ_ig bandwidth is defined to identify the proper design margin for DI diesel engine and two limiting boundaries are introduced to limit the dynamic G-valued trend for optimized and tradeoff design in system performance and emission production. With the two limits and the θ_ig bandwidth, the design margin for pre-ignition point (θ_ig) is constructed to establish the optimized and tradeoff design margin for DI diesel engines. The G value for post-ignition combustion stage is also suggested to fall around the critical value G^*=1.0 for transition between external and internal group combustion modes and the better overall system performance will exhibit with the compromising emission production. In summary, the dynamic transience of the G-valued degeneration and variation in the diesel spray evolution against the crank angle is crucial to determine the engine performance and emission production in the design of modern DI diesel engine. The suggestions for the future research are also outlined to establish the cluster statistical theory with group combustion modal transition and declusterization.
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Kong, Song-Charng. "Diesel ignition and combustion modeling with comparisons to in-cylinder flame imaging." 1994. http://catalog.hathitrust.org/api/volumes/oclc/32125428.html.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1994.Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 130-135).
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Luckhchoura, Vivak [Verfasser]. "Modeling of injection-rate shaping in diesel engine combustion / vorgelegt von Vivak Luckhchoura." 2010. http://d-nb.info/1009597558/34.
Full text
40
Abani, Neerav. "Improvements in multi-dimensional modeling of unsteady turbulent diesel sprays and engine combustion /." 2009. http://www.library.wisc.edu/databases/connect/dissertations.html.
Full text
41
Liu, Yong. "Modeling of combustion chamber surface temperatures with application to multidimensional diesel engine simulation." 1996. http://catalog.hathitrust.org/api/volumes/oclc/36868640.html.
Full textAbstract:
Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1996.Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 110-113).
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Diller, Timothy Thomas. "Development, characterization, and modeling of an electronic particulate matter sensor for internal combustion engines." 2009. http://hdl.handle.net/2152/7565.
Full textAbstract:
U.S. Federal regulations requiring on-board diagnostics of diesel particulate filters have created a demand for compact, inexpensive, fast, and accurate sensors for measuring the particulate matter (PM) content of diesel exhaust. An electronic sensor capable of measuring the carbonaceous fraction (soot) of PM has been developed at The University of Texas at Austin. The behavior and performance of this sensor was characterized in both an older style non-emission controlled diesel engine and a modern heavy-duty diesel certified in 2008 to meet current federal emissions standards. The ability of the sensor to detect particulates at the regulated level of 15 mg/bhp-hr downstream of a leaking particulate filter was demonstrated. Under optimal conditions, the sensor was shown to have a resolution of 0.003 mg/bhp-hr, or 0.005 mg/m3. The sensor operated by measuring the flux of charged particles, ions, and electrons to an electrode immersed in an exhaust gas flow. Two distinct modes of operation were demonstrated. In the first, the sensor detected particles carrying residual charge from the combustion process. In this mode, the sensor was shown to be relatively insensitive to particle morphology and to be sensitive to exhaust gas velocity. In the second, charge carriers (particles, electrons, and ions) were created in the strong electric field produced by a second electrode at high voltage. In this mode, the sensor was found to be relatively insensitive to exhaust gas velocity, but quite sensitive to the orientation of the sensor in the exhaust flow. The size and number density of the particles was found to have a strong influence on the sensor sensitivity: as number density increased with increasing load or decreasing EGR rate, so did sensor sensitivity. Thus, as changes in engine operating condition affect particle morphology, the behavior of the sensor changes. A numerical model of the discharge mechanism in the form of an atmospheric pressure glow discharge was implemented to model the charge creation and transport. The model accurately predicted the nanoamp-level electrode currents produced in a real sensor to within a half order of magnitude with no empirical fits. The model tended to over-predict the sensitivity of sensor output to applied voltage but matched the observed sensitivity within an order of magnitude. Due to the lack of modeling flow field effects it predicted a 250% increase in sensitivity for a gap width reduced by 50% where a comparison of real sensors showed a decrease in sensitivity of 25% with a 50% reduction in gap width.text
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Stephenson, Philip William. "Effects of intake flow on mixing and combustion in direct injection diesel engines using multidimensional modeling." 1995. http://catalog.hathitrust.org/api/volumes/oclc/34909325.html.
Full text
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Salvador, Iborra Josep. "A contribution to the global modeling of heat transfer processes in Diesel engines." Doctoral thesis, 2020. http://hdl.handle.net/10251/149575.
Full textAbstract:
[EN] Current challenges in research and development of powertrains demand new computational tools capable of simulating vehicle operation under very diverse conditions. This is due, among other reasons, to new homologation standards in the automotive sector requiring compliance of exhaust emissions regulations under any possible driving condition on the road. Global engine or vehicle models provide many advantages to engineers because they allow to reproduce the entire system under study, considering the physical processes that take place in different components and the interactions among them. This thesis aims to enable the modeling of heat transfer processes in a complete engine simulation tool developed at CMT-Motores Térmicos research institute. This 0D/1D simulation tool is called Virtual Engine Model (VEMOD).
The development of heat transfer models comprises the engine block and the ancillary systems. The model of heat transfer in the engine block deals with the central problem of in-cylinder convection by means of a combination of experimental research, CFD simulation and multizone 0D modeling. The other thermal processes present in the engine block are examined in order to implement suitable submodels. Once the model is complete, it undergoes a validation with experimental transient tests. Afterwards, the ancillary systems for engine thermal management are brought into focus. These systems are considered by means of two new models: a model of heat exchangers and a model of thermo-hydraulic circuits. The development of those models is reported in detail.
Lastly, with the referred thermal models integrated in the global simulation tool, a validation study is undertaken. The goal is to validate the ability of the Virtual Engine Model to capture the thermal response of a real engine under various operating conditions. To achieve that, an experimental campaign combining tests under steady-state operation, under transient operation and at different temperatures is conducted in parallel to the corresponding simulation campaign. The capacity of the global engine simulations to replicate the measured thermal evolution is finally demonstrated.[ES] Los retos actuales en la investigación y desarrollo de trenes de potencia demandan nuevas herramientas computacionales capaces de simular el funcionamento de un vehículo en condiciones muy diversas. Esto se debe, entre otras razones, a que los nuevos estándares de homologación en el sector de la automoción obligan al cumplimiento de las regulaciones de emisiones en cualquier condición posible de conducción en carretera. Los modelos globales de motor o de vehículo proporcionan muchas ventajas a los ingenieros porque permiten reproducir el sistema entero a estudiar, considerando los procesos físicos que tienen lugar en los distintos componentes y las interacciones entre ellos. Esta tesis pretende hacer posible el modelado de los procesos de transmisión de calor en una completa herramienta de simulación de motor desarrollada en el instituto de investigación CMT-Motores Térmicos. Esta herramienta de simulación 0D/1D se denomina Motor Virtual o Virtual Engine Model (VEMOD). El desarrollo de modelos de transmisión de calor comprende el bloque motor y los sistemas auxiliares. El modelo de transmisión de calor en el bloque motor aborda el problema central de la convección en el interior del cilindro mediante una combinación de investigación experimental, simulación CFD y modelado 0D multizona. El resto de procesos térmicos presentes en el bloque motor son examinados para poder implementar submodelos adecuados. Una vez el modelo está terminado, se realiza una validación con ensayos experimentales en régimen transitorio. A continuación, el foco de atención pasa a los sistemas auxiliares de gestión térmica. Estos sistemas se toman en consideración por medio de dos nuevos modelos: un modelo de intercambiadores de calor y un modelo de circuitos termohidráulicos. El desarrollo de los modelos se explica en detalle en esta tesis. Por último, con los citados modelos integrados en el Motor Virtual, se lleva a cabo un estudio de validación. El objectivo es validar la capacidad del Motor Virtual para reproducir la respuesta térmica de un motor real en varias condiciones de funcionamento. Para conseguirlo, se realiza una campaña experimental que combina ensayos en régimen estacionario, en régimen transitorio y a diferentes temperaturas, en paralelo a la campaña de simulación correspondiente. La capacidad de las simulaciones globales de motor para replicar la evolución térmica medida experimentalmente queda finalmente demostrada.
[CA] Els reptes actuals en la recerca i el desenvolupament de trens de potència demanden noves eines computacionals capaces de simular el funcionament d'un vehicle en condicions molt diverses. Açò es deu, entre altres raons, a que els nous estàndards d'homologació al sector de l'automoció obliguen al compliment de les regulacions d'emissions en qualsevol condició possible de conducció en carretera. Els models globals de motor o de vehicle proporcionen molts avantatges als enginyers perquè permeten reproduir el sistema sencer a estudiar, considerant els processos físics que tenen lloc als distints components i les interaccions entre ells. Aquesta tesi pretén fer possible el modelat dels processos de transmissió de calor en una completa eina de simulació de motor desenvolupada a l'institut de recerca CMT-Motores Térmicos. Aquesta eina de simulació 0D/1D s'anomena Motor Virtual o Virtual Engine Model (VEMOD). El desenvolupament de models de transmissió de calor comprén el bloc motor i els sistemes auxiliars. El model de transmissió de calor al bloc motor aborda el problema central de la convecció a l'interior del cilindre mitjançant una combinació de recerca experimental, simulació CFD i modelat 0D multizona. La resta de processos tèrmics presents al bloc motor són examinats per a poder implementar submodels adequats. Una vegada el model està acabat, es fa una validació amb assajos experimentals en règim transitori. A continuació, el focus d'atenció passa als sistemes auxiliars de gestió tèrmica. Aquests sistemes es prenen en consideració per mitjà de dos nous models: un model d'intercanviadors de calor i un model de circuits termohidràulics. El desenvolupament dels models s'explica en detall en aquesta tesi. Per últim, amb els referits models integrats al Motor Virtual, es porta a terme un estudi de validació. L'objectiu és validar la capacitat del Motor Virtual per a reproduir la resposta tèrmica d'un motor real en diverses condicions de funcionament. Per a assolir-ho, es realitza una campanya experimental que combina assajos en règim estacionari, en règim transitori i a diferents temperatures, en paral·lel a la campanya de simulació corresponent. La capacitat de les simulacions globals de motor per a replicar l'evolució tèrmica observada experimentalment queda finalment demostrada.
European funds received in the framework of Horizon 2020’s DiePeR project have contributed to the validation and improvement of the Virtual Engine Model. My own dedication has been funded by Universitat Politècnica de València through the predoctoral contract FPI-S2-2016-1357 of “Programa de Apoyo para la Investigaci´on y Desarrollo (PAID-01-16)”.
Salvador Iborra, J. (2020). A contribution to the global modeling of heat transfer processes in Diesel engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149575
TESIS
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(11153853), Tyler A. Swedes. "Electrification of Diesel-Based Powertrains for Heavy Vehicles." Thesis, 2021.
Find full textAbstract:
In recent decades as environmental concerns and the cost and availability of fossil fuels have become more pressing issues, the need to extract more work from each drop of fuel has increased accordingly. Electrification has been identified as a way to address these issues in vehicles powered by internal combustion engines, as it allows existing engines to be operated more efficiently, reducing overall fuel consumption. Two applications of electrification are discussed in the work presented: a series-electric hybrid powertrain from an on-road class 8 truck, and an electrically supercharged diesel engine for use in the series hybrid power system of a wheel loader.
The first application is an experimental powertrain developed by a small start-up company for use in highway trucks. The work presented in this thesis shows test results from routes along (1) Interstate 75 between Florence, KY, and Lexington, KY, and (2) Interstates 74 and 70 east of Indianapolis, during which tests the startup collected power flow data from the vehicle's motor, generator, and battery, and three-dimensional position data from a GPS system. Based on these data, it was determined that the engine-driven generator provided an average of 15% more propulsive energy than required due to electrical losses in the drivetrain. Some of these losses occured in the power electronics, which are shown to be 82% - 92% efficient depending on power flow direction, but the battery showed significant signs of wear, accounting for the remainder of these electrical losses. Overall, most of the system's fuel savings came from its regenerative braking capability, which recaptured between 3% and 12% of the total drive energy output. Routes with significant grade changes maximize this energy recapture percentage, but it is shown minimizing drag and rolling resistance with a more modern truck and trailer could further increase this energy capture to between 8% and 18%.
In the second application, an electrified air handling system is added to a 4.5L engine, allowing it to replace the 6.8L engine in John Deere's 644K hybrid wheel loader. Most of the fuel savings arise from downsizing the engine, so in this case an electrically driven supercharger (eBooster) allows the engine to meet the peak torque requirements of the larger, original engine. In this thesis, a control-oriented nonlinear state space model of the modified 4.5L engine is presented and linearized for use in designing a robust, multi-input multi-output (MIMO) controller which commands the engine's fueling rate, eBooster, eBooster bypass valve, exhaust gas recirculation (EGR) valve, and exhaust throttle. This integrated control strategy will ultimately allow superior tracking of engine speed, EGR fraction, and air-fuel ratio (AFR) targets, but these performance gains over independent single-input single-output control loops for each component demand linear models that accurately represent the engine's gas exchange dynamics. To address this, a physics-based model is presented and linearized to simulate pressures, temperatures, and shaft speeds based on sub-models for exhaust temperature, cylinder charge flow, valve flow, compressor flow, turbine flow, compressor power, and turbine power. The nonlinear model matches the truth reference engine model over the 1200 rpm - 2000 rpm and 100 Nm - 500 Nm speed and torque envelope of interest within 10% in steady state and 20% in transient conditions. Two linear models represent the full engine's dynamics over this speed and torque range, and these models match the truth reference model within 20% in the middle of the operating envelope. However, specifically at (1) low load for any speed and (2) high load at high speed, the linear models diverge from the nonlinear and truth reference models due to nonlinear engine dynamics lost in linearization. Nevertheless, these discrepancies at the edges of the engine's operating envelope are acceptable for control design, and if greater accuracy is needed, additional linear models can be generated to capture the engine's dynamics in this region.
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(10716315), Vaibhav Kailas Ahire. "PHYSICS-BASED DIESEL ENGINE MODEL DEVELOPMENT CALIBRATION AND VALIDATION FOR ACCURATE CYLINDER PARAMETERS AND NOX PREDICTION." Thesis, 2021.
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Stringent regulatory requirements and modern diesel engine technologies have engaged automotive manufacturers and researchers in accurately predicting and controlling diesel engine-out emissions. As a result, engine control systems have become more complex and opaquer, increasing the development time and costs. To address this challenge, Model-based control methods are an effective way to deal with the criticality of the system study and controls. And physics-based combustion engine modeling is a key to achieve it. This thesis focuses on development and validation of a physics-based model for both engine and emissions using model-based design tools from MATLAB & Simulink. Engine model equipped with exhaust gas circulation and variable geometry turbine is adopted from the previously done work which was then integrated with the combustion and emission model that predicts the heat release rates and NOx emission from engine. Combustion model is designed based on the mass fraction burnt from CA10 to CA90 and then NOx predicted using the extended Zeldovich mechanism. The engine models are tuned for both steady state and dynamics test points to account for engine operating range from the performance data. Various engine and combustion parameters are estimated using parameter estimation toolbox from MATLAB and Simulink by applying least squared solver to minimize the error between measured and estimated variables. This model is validated against the virtual engine model developed in GT-power for Cummins 6.7L turbo diesel engine. To account the harmonization of the testing cycles to save engine development time globally, a world harmonized stationary cycle (WHSC) is used for the validation. Sub-systems are validated individually as well as in loop with a complete model for WHSC. Engine model validation showed promising accuracy of more than 88.4 percent in average for the desired parameters required for the NOx prediction. NOx estimation is accurate for the cycle except warm up and cool down phase. However, NOx prediction during these phases is limited due to actual NOx measured data for tuning the model for real time NOx estimation. Results are summarized at the end to compare the trend of NOx estimation from the developed combustion and emission model to show the accuracy of in-cylinder parameters and required for the NOx estimation.