Caractérisation numérique et expérimentale de la combustion du mélange préchauffé de la vapeur d’eau et d’hydrocarbure dans un moteur thermique

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Cette thèsea pour objectif d’étudier l’influence de l’injection de la vapeur d’eau sur le fonctionnement d’un moteur à combustion interne. Nous avons utilisé le logiciel SOLIDWORKS Flow Simulation pour étudier l’écoulement du mélange (vapeur d’eau et d’hydrocarbure) dans un échangeur avant l’injection dans la chambre de combustion. Par la suite, nous avons utilisé le logiciel CHEMKIN pour simuler la combustion en fonction des fractions massique du mélange gazeux d’admission. Une partie expérimentale a été ensuite faite, en mettant en place une boucle expérimentale pour l’étude d’unmoteur thermique modifié. Cette étude a permis de mesurer le couple et la puissance du moteur. Les résultats numériques et expérimentaux obtenus montrent que l’injection de la vapeur d’eau altèrent le fonctionnement d’un moteur à combustion interne, tant sur le plan des performances que sur le plan des émissions polluantes. Eneffet, les productions de monoxyde de carbone COet du dioxyde de carbone CO2 sont également affectées par l’injection de la vapeur d’eau. Pour une injection de 20% H2O, les réductions des émissions des CO et CO2 peuvent atteindre 60% et 18% respectivement. Par ailleurs, l’ajout de la vapeur d’eau apour conséquence une diminution de la température du cylindre. Cette diminution doit être couplée à une réduction de la pression dans le moteur ce qui conduit à la réduction des performances du moteur. Pour corriger ce problème, nous avons étudié l’influence combinée de l’injection de la vapeur d’eau avec d’autres paramètres tels que: le taux de compression (CR: Compression Ratio); la Pression d’admission (IP: Intake Pressure) et la température d’admission (IT: Intake Temperature). Une augmentation de CR augmente la pression du cylindre et par conséquent augmente les performances du moteur. Par conséquent, en augmentant le CR, on peut avoir les mêmes performances d’un moteur fonctionnant sans injection de la vapeur (0% H2O et CR = 9.5), qu’un moteur fonctionne avec 10% H2O (10% H2O et CR = 13), tout en gagnant 10% de la consommation du carburant et une réduction des émissions du CO et CO2de 44.36% et de 8.62%, respectivement. De même, l’augmentation de la Pression d’admission augmente la température et la pression du cylindre est par la suite les performances du moteur. En effet on peut obtenirles mêmes performances pour les deux conditions suivantes (IP = 1.065 atm avec 20% H2O) à (IP = 0.9 atm avec 0% H2O) tout en gagnant, 20% de la consommation du carburant et une réduction de 67.8% de CO, 18.05% de CO2.Une autre solution de la réduction des performances provoquées par l’injection de la vapeur d’eau est la diminution de la température d’admission. En effet, les performances d’un moteur fonctionnant sans injection de la vapeur (0% H2O et IT=530K), pourraient obtenues pour un moteur fonctionnant avec 10% H2O (10% H2O et IT = 500K), tout en gagnant 10% de la consommation du carburant et une réduction des émissions du CO et CO2 de 44.36% et de 7.85%, respectivement.

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0a944249-4abc-4e16-9731-165485dca603

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ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Ahmed Omri","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Hadia Fridhi","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

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Caractérisation numérique et expérimentale de la combustion du mélange préchauffé de la vapeur d’eau et d’hydrocarbure dans un moteur thermique

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ترجمة الملخص

The objective of this thesis is to study the influence on water vapor injection on an internal combustion engine operation. We used the SOLIDWORKS software to study the flow of the mixture (water vapor and hydrocarbon) in an exchanger before injection it into the combustion chamber. Then, we used the CHEMKIN software to simulate combustion as a function of the mass fractions ofthe intake gas mixture. An experimental part was then made, by putting in place an experimental loop for the study of a modified engine. This study made it possible to measure the performance of the engine such as torque and power. The numerical and experimental results obtained show that the injection of steam alters the operation of an internal combustion engine, both in terms of engine performance and in terms of pollutant emissions. Indeed, the production of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2are also affected by the injection of water vapor. For an injection of 20% H2O, CO and CO2 emission reductions can reach 60% and 18%, respectively. Moreover, the addition of steam resulted in a decrease in the cylinder temperature. This decrease must be coupled with a reduction in the cylinder pressure which may otherwise explain the reduction in engine performance. To overcomethis problem, we studied the combined influence of steam injection with the following parameters: compression ratio (CR: Compression Ratio); The Intake Pressure (IP) and the Intake Temperature (IT). An increase in CR increases cylinder pressure and therefore increases engine performance. As a result, by increasing the CR, we can obtained the same performance of an enginerunning without steam injection (0% H2O and CR = 9.5) and other works with 10% H2O (10% H2O and CR = 13), while gaining 10% of the fuel consumption and 44.36% and 8.62% reduction of CO and CO2 emissions, respectively. Also, increasing the intake pressure increases the cylinder temperature and pressure, consequently the engine performance. Indeed, the same performances can be obtained for the two following conditions (IP = 1.065 atm with 20% H2O) at (IP = 0.9 atm with 0% H2O) while gaining 20% of the fuel consumption and 67.8% and 18.05% reduction of CO and CO2 emissions, respectively. Another solution of performance reduction due to the steam injection is the reduction of the intake temperature. Indeed, the same performances of an engine operating without steam injection (0% H2O and IT = 530K) and other with 10% H2O (10% H2O and IT = 500K) we can obtained, while gaining 10% of the fuel consumption and 44.36% and 7.85% reduction of CO and CO2 emissions, respectively.

إشراف وإعداد

الإشراف

Ahmed Omri

الإعداد

Hadia Fridhi

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