Vol 1 - Numéro 3

Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Liste des articles

Efficiency of turbomachinery is usually defined using an isentropic process. This approach provides a reliable reference point only when pressure and temperature measurements are available, e.g. at the casing inlet and outlet. In the case of a single stage internal efficiency determination the reference point is difficult. Computational fluid dynamics allows for an exact calculation of values of losses occurring in a turbine stage from turbine blades geometry, clearances, uneven steam distribution and other. Present method is a three-dimensional polytrophic approach based on work comparison of a turbine stage using real and ideal working fluid. The reference state is estimated by iterative simulation of considered geometry using the Eulerian model of compressible fluid. This approach is more convenient and feels natural when using 3D modeling. Moreover, calculations conducted for a control stage indicated differences between results attained using those two approaches less than 0.2%.

La réduction des émissions de gaz à effet de serre est une urgence et repenser le parc automobile mondial doit être fait avec la plus grande attention car il n’y aura pas droit à une seconde chance. Le tout électrique, l’attractivité de la formule « nouvelle mobilité », les propositions de nouveaux usages s’impose comme une évidence. Les véhicules électriques ont le mérite de contribuer à réduire la pollution dans nos métropoles. Cependant, ils ne peuvent pas être considérés comme des véhicules zéro émission. Quant au véhicule thermique, il n’a certainement pas épuisé ses marges d’amélioration. Il devrait voir son efficacité énergétique quasiment doubler d’ici à 2035 tout en réduisant les émissions de CO2 et polluantes. Ce papier présente une réflexion globale sur les possibles stratégies à adopter.

Afin de se conformer aux futures réglementations sur les émissions, il semble que de plus en plus de constructeurs d’automobiles utiliseront le cycle de Miller qui se caractérise par une prolongation de la détente. Dans nos recherches antérieures, nous avons mis en évidence le fait que la mise en oeuvre du cycle de Miller présente un inconvénient lié à la diminution de l’intensité de l’aérodynamique interne. Cet article vise à mettre en évidence l’impact de certaines modifications constructives effectuées afin d’améliorer le niveau de turbulence à l’intérieur du cylindre lors du fonctionnement d’après le cycle de Miller. Plus précisément, il s’agit de l’augmentation de la course du piston et de l’introduction d’un masque au niveau des soupapes d’admission. L’effet de ces modifications est évalué par simulation CFD 3D basée sur l’approche RANS.

Des mesures par thermocouples et thermographie infrarouge sont réalisées sur le refroidisseur d’air suralimenté d’un moteur à allumage commandé (cylindrée : 1,2 L, taux de compression : 10,5:1, puissance : 95,6 kW) pour plusieurs points de fonctionnement moteur. Une méthode de calcul est développée pour caractériser localement les propriétés thermiques du fluide (masse volumique, chaleur spécifique, viscosité dynamique, etc, …) selon la température pour ensuite déterminer le coefficient de transfert de chaleur et le nombre de Nusselt.

Les nouvelles restrictions environnementales poussent les constructeurs automobiles à s’intéresser aux cycles à détente prolongée et à laisser de côté le classique cycle de Beau de Rochas. Le cycle de Miller fait partie de cette famille de cycle et peut s’appliquer simplement aux moteurs à allumage commandé en modifiant le diagramme de fermeture des soupapes d’admission. Le moteur effectue une détente plus importante que la phase de compression effective. La millérisation d’un moteur se fait en augmentant la taille de celui-ci et en fermant les soupapes d’admission en avance. L’instant de fermeture est choisi de manière à suivre la même phase de compression effective que le moteur de référence. Cette démarche est connue sous le nom de « rightsizing ». Ce papier décrit une approche zéro dimensionnelle pour estimer les bénéfices obtenus par la millérisation d’un moteur de référence. Le modèle comprend un sous modèle de transfert thermique, basé sur la corrélation du coefficient de convection de Woschni, ainsi qu’un sous modèle de frottements qui permet de prendre en compte l’effet d’une augmentation de la taille. La fermeture prématurée des soupapes d’admission du cycle de Miller tend à réduire l’intensité des mouvements aérodynamiques internes au cylindre, le niveau de turbulence en fin de compression est donc réduit. Ce phénomène augmente la durée de combustion et affecte le rendement. Un modèle de turbulence K-k-ε est utilisé pour estimer l’intensité de la turbulence en fin de compression. Une relation entre la durée de combustion et la turbulence est proposé. Pour le moteur de référence, les gains obtenus par millérisation permettent l’augmentation d’un point de rendement, correspondant à une amélioration d’efficacité d’environ 3%, valeur très significative pour un rendement.