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D.E.A - T. E. GP. Spécialité Energétique Présenté par Cédric GARNIER Caractérisation de la combustion dans un moteur Dual-Fuel fonctionnant au Gaz de Gazogène.

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1 D.E.A - T. E. GP. Spécialité Energétique Présenté par Cédric GARNIER Caractérisation de la combustion dans un moteur Dual-Fuel fonctionnant au Gaz de Gazogène Responsable scientifique: O. L E C ORRE Département Systèmes Énergétiques et Environnement École des Mines de Nantes 11 juillet 2003

2 2/35 Contexte de létude zContexte énergétique mondial : chute des réserves de pétrole nouvelles ressources énergétiques traitement des déchets zGaz de gazogène : Issu de la combustion incomplète du bois dit gaz « pauvre » car de faible PCI (4,7 MJ/kg) Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

3 3/35 Moteur Dual-Fuel Principe: les conditions thermodynamiques dans le cylindre lors de lauto-inflammation du gazole sont propices à linitiation et à la propagation de la combustion du gaz pauvre. Substitution: Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

4 4/35 Problématique Banc moteur EMN Pression cylindre p angle vilebrequin Modèle danalyse « 1 zone » Dégagement de chaleur expérimental Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

5 5/35 Analyse de la courbe expérimentale Combustion « diffusante » Combustion « prémélangée gazeuse »Combustion « prémélangée pilote » Délai dignition Injection du gazole dans la chambre Auto-inflammation du gazole Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

6 6/35 Objectifs zModèle de prédiction du Délai dIgnition Équation de type Arrhénius modifiée zModèle de prédiction de la courbe de combustion 3 Lois de Wiebe zCaractérisation des émissions polluantes taux de CO 2, NO x et HC Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

7 7/35 DELAI DIGNITION

8 8/35 DI expérimental Angle dinjection départ de combustion Pression dans le circuit dinjection (mesures moteur GPL-gazole, A. Bilcan) Détermination du départ de combustion Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

9 9/35 DI expérimentaux en fonction de la substitution Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion DI expérimental

10 10/35 Relation de Prakash et al. (SAE, 1999): - A, E A, O c : paramètres connus/calculables - D, Q : paramètres fonction de T inj et P inj - C f, k : paramètres inconnus à déterminer pour calibrage sur les valeurs expérimentales Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion Prédiction du DI

11 11/35 Hypothèses ycompression polytropique et gaz parfait : yn df en mode Dual - Fuel : (A. Bilcan et al., ASME, 2001) PMB Injection gazole Phase de compression avant injection de gazole T inj, P inj, V inj T adm, P adm, V adm Concentration volumique de gaz dans la chambre Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion Calcul de D et Q

12 12/35 Expression de α (A. Bilcan et al., ASME, 2001): expression de calcul de n df calcul de T inj, P inj calcul de D, Q Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion Coefficient polytropique

13 13/35 Calcul de C f et k Méthode des moindres carrés: Soit Y i = a + b.x i + e i les équations de droites expérimentales = ln ( DI mesuré ) Soit y i = a + b.x i les équations de droites de prédiction = ln ( DI prédit ) Soit à minimiser Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

14 14/35 Comparaison des résultats Écarts 30% Corrélation validée Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion Charge 40%Charge 50%

15 15/35 MODELISATION DE LA COMBUSTION

16 16/35 Lois de Wiebe Loi de Wiebe : Dégagement de chaleur modélisé : Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

17 17/35 Combustion prémélangée pilote zDébut: départ de la combustion définie pour zFin: extrapolation de la pente du pic de combustion Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

18 18/35 Facteur derreur ε Quantification de lécart prédictif / expérimental: Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

19 19/35 Combustion diffusante zDébut: méthode de la bissection: passage par valeur nulle de la courbe (dQ/d ) restante zFin: fin de la combustion définie pour une fraction brûlée de 99,9% Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

20 20/35 Combustion prémélangée gazeuse zDébut: méthode de bissection sur la courbe restante zFin: méthode de bissection sur la courbe restante Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

21 21/35 Analyse et conclusions Courbe résiduelle (fluctuations de pression) Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

22 22/35 Exemples de prédictions Bonne corrélation entre expérimental et prédictif Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

23 23/35 Lois de comportement Extrapolation linéaire des coefficients: Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

24 24/35 Lois de comportement Conclusions: paramètres angulaires indépendants de la substitution facteurs de forme M indépendants de la substitution valeur proche de 1 pour la pente de Q=f (d s ) Paramètre a b combustion prémélangée pilote 0 (CA)-1, (CA)2, ,2 Q (J)-0,97248 M (-)2, ,84 combustion prémélangée gazeuse 0 (CA)-1, (CA)-6, ,4 Q (J)1,14137 M (-)1, ,72 combustion diffusante 0 (CA)-1, (CA) ,7 Q (J)-0,97248 M (-)00,4 Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

25 25/35 EMISSIONS POLLUANTES

26 26/35 Émissions polluantes yCO 2 : Contribue à leffet de serre Nouveaux enjeux écologiques et politiques yNO x : Formation de NO, puis oxydation en NO 2 dans latmosphère Cinétique de formation de type Arrhénius yHC (Hydrocarbures imbrûlées) : Composants du carburant ou produits obtenus par des réactions complexes entre hydrocarbures Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

27 27/35 Émissions de CO2 mesurées en mode Dual-Fuel Analyse des CO2 Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

28 28/35 Analyse des NO x yExpression analytique: yRésultat (charge 40 %) : A = 8, ppm EA = 36 kJ/mol Émissions de NOx mesurées en mode Dual-Fuel Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

29 29/35 Analyse des HC Émissions de HC mesurées en mode Dual-Fuel Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

30 30/35 Résultats Intérêt: Consommation réduite de gazole donc de pétrole Inconvénient: Augmentation du taux de polluants avec la substitution Études indispensables des process de production, transport, etc… pour une analyse plus exhaustive. Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

31 31/35 CONCLUSION

32 32/35 zRappel des objectifs : caractérisation de la combustion dual-fuel {gazole-gaz de gazogène} proposition dune méthode danalyse et dinterprétation par 3 lois de Wiebe zBilan des travaux: validation des modèles de prédiction présentation en cours de validation (journal SAE) Introduction Délai Ignition Combustion Emissions Conclusion

33 33/35 FIN


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