Application of a Detailed Emission Model for Heavy Duty Diesel Engine Simulations Application d'un modèle détaillé d'émissions pour la simulation de gros moteurs diesel

Abstract

A detailed chemical model describing the formation of soot and NO is applied to simulate emission formation in a heavy duty diesel engine. Cylinder flow and spray development is simulated using an engine CFD code - Speedstar. Combustion is described using a simple eddy break-up model. Modeling of the emission-chemistry/turbulent-flow interaction is based on a flamelet approach. Contrary to a typical flamelet concept, transport equations are solved for mass fractions of soot and NO. The reason being that these major emission constituencies are assumed to change slowly in comparison to typical time scales for chemical processes or transport processes important for combustion. Chemical reactions leading to production and destruction of soot and NO are, however, assumed to be fast. Soot and NO source terms are therefore evaluated from a flamelet library using a presumed probability density function and integrating over mixture fraction space. Results from simulations are compared to engine measurements inform of exhaust emission data and cylinder pressure. Un modèle avec chimie détaillée décrivant la formation des suies et du NO est appliqué à la simulation de la formation des polluants dans un gros moteur Diesel. L'écoulement et le spray sont modélisés avec le code de calcul Speedstar. La combustion est représentée par le modèle eddy break-up . La modélisation de l'interaction entre l'écoulement turbulent et la chimie des polluants est basée sur une approche de type flamelet . Cependant, à la différence d'autres travaux, des équations de transport pour les fractions massiques de suies et de NO sont résolues. Cela est justifié par la supposition que les temps caractéristiques de formation de ces composés sont longs comparés à ceux associés aux phénomènes de transport et aux réactions chimiques associées à la combustion. Cependant, les vitesses de réaction se rapportant aux suies et au NO sont supposées rapides. Cela permet d'évaluer les termes sources des suies et du NO à partir d'une bibliothèque de flamelets en utilisant une approche de type densité de probabilité présumée et en intégrant dans l'espace des fractions de mélange. Les résultats de simulations sont comparés à des mesures à l'échappement d'un moteur ainsi qu'aux évolutions de la pression dans le cylindre.