Modelling of Fluid Dynamics and Combustion in Piston Engines Modélisation de l'aérodynamique interne et de la combustion dans les moteurs à piston

Abstract

The physical processes which are involved in the combustion chamber of reciprocating engines are so complex, the range in characteristic length and time scales is so large that it is highly unlikely that a complete detailed description of all these phenomena by mathematical modelling will ever be available. Hence it is extremely important to state each modelling problem correctly and to select the type of model and the level of simplifications in accordance with the objectives. An example of this approach is given in the case of knock modelling. Emphasis is made on the fact that the design of a combustion model dedicated to piston engines requires a coupled theoretical and experimental approach in order to validate the numerical algorithm and the various physical sub-models involved. The general features of multidimensional models are described and the paramount of turbulence influence is pointed out. The physical submodels describing heat transfer, combustion, etc. play an important role in multidimensional modelling and are all influenced very significantly, if not controlled by the turbulence. Modelling of fluid-dynamics and combustion in reciprocating engines are discussed. La complexité des phénomènes physiques qui se produisent dans la chambre de combustion des moteurs à piston est telle, la gamme des échelles caractéristiques de temps et de longueur de ces phénomènes tellement large, qu'il est hautement improbable que l'on puisse disposer un jour d'une description complète et détaillée de l'ensemble de ces phénomènes par la modélisation mathématique. Dans ces conditions, le développement d'un modèle de calcul sur ce thème doit d'abord s'appuyer sur une définition claire et précise des objectifs visés, de manière à décider du bon niveau de simplification à adopter en fonction de ces objectifs. On donne un exemple de cette démarche dans le cas de la modélisation du cliquetis. On insiste également sur l'importance de mener une démarche qui soit à la fois théorique et expérimentale, pour la validation des algorithmes numériques et des différents sous-modèles physiques constituant le modèle mathématique. Dans la description des caractéristiques générales des codes multidimensionnels appliqués aux moteurs à piston, on met en évidence l'importance fondamentale du rôle joué par la turbulence. Les sous-modèles physiques décrivant les transferts thermiques, la combustion, etc. , jouent un rôle très important dans les modèles multidimensionnels et sont tous très fortement influencés, ou même totalement contrôlés par le modèle de turbulence. Quelques sous-modèles physiques qui sont utilisés pour la modélisation de l'aérodynamique interne et de la combustion dans les moteurs à piston sont présentés et discutés.