Modélisation et simulation numérique des échanges convectifs entre un écoulement diphasique incompressible et une surface chauffée

Compte tenu des importants transferts de chaleur qu'ils induisent, les procédés de refroidissement par des écoulements diphasiques (air/huile) sont utilisés pour le refroidissement des pistons moteur. La modélisation de ce procédé se fera à l'aide du modèle 1-Fluide diphasique couplé à l'équation de la chaleur. Des études expérimentales et numériques de jets liquides impactant sur des surfaces chauffées seront présentées. Les échanges convectifs liés à l'effet shaker présent dans les galeries de refroidissement des pistons automobiles seront également abordés

Modélisation du refroidissement des pistons haute performance

De manière à respecter les normes européennes en matière d’émission de gaz polluants, les constructeurs automobiles pratiquent le downsizing. Cette pratique consiste en une réduction de la cylindrée des moteurs tout en maintenant un bon niveau de performance. Il s’en suit des puissances spécifiques moteur importantes, l’objectif cible étant de l’ordre de 100 kW/l. Pour de telles puissances, les températures atteintes au niveau des pistons sont élevées, ce qui pose alors le problème de leur tenue thermomécanique. Le refroidissement du piston devient donc un acteur important de la fiabilité du moteur. Le procédé le plus répandu actuellement est le refroidissement par jet d’huile. Le piston est alors refroidi par un écoulement turbulent diphasique incompressible (Air/Huile) dans un environnement mobile. Il s’agit de phénomènes physiques complexes qui sont pour l’instant mal connus. L’optimisation du refroidissement nécessitant une bonne compréhension des phénomènes physiques concernés, nous nous proposons dans ce mémoire de le modéliser au moyen du modèle 1-Fluide diphasique couplé à l’équation de l’énergie.The present work aims at studying the cooling system used in cars engine to ensure piston thermo mechanical resistance by numerical simulation. Most of actual engines use an oil jet cooling system coupled with 'cocktail shaking' to extract heat from piston. This cooling method brings into play a two-phase incompressible turbulent flow in a mobile environment, due to motion of pistons in the cylinder. The need today for more effective cooling of pistons involves an accurate understanding of the physical mechanisms which are concerned. Modeling could be a good way to achieve it. The idea is to support the engine design process to account for advanced technologies to improve turbine or engine performances, less fuel burn and green house gases. In the present work, a numerical model dedicated to the simulation at small scale of oil/air two-phase flows and related heat transfers is proposed to characterize the cooling of engine elements under fragmented jet impact

Modélisation du refroidissement des pistons haute performance

De manière à respecter les normes européennes en matière d’émission de gaz polluants, les constructeurs automobiles pratiquent le downsizing. Cette pratique consiste en une réduction de la cylindrée des moteurs tout en maintenant un bon niveau de performance. Il s’en suit des puissances spécifiques moteur importantes, l’objectif cible étant de l’ordre de 100 kW/l. Pour de telles puissances, les températures atteintes au niveau des pistons sont élevées, ce qui pose alors le problème de leur tenue thermomécanique. Le refroidissement du piston devient donc un acteur important de la fiabilité du moteur. Le procédé le plus répandu actuellement est le refroidissement par jet d’huile. Le piston est alors refroidi par un écoulement turbulent diphasique incompressible (Air/Huile) dans un environnement mobile. Il s’agit de phénomènes physiques complexes qui sont pour l’instant mal connus. L’optimisation du refroidissement nécessitant une bonne compréhension des phénomènes physiques concernés, nous nous proposons dans ce mémoire de le modéliser au moyen du modèle 1-Fluide diphasique couplé à l’équation de l’énergie.The present work aims at studying the cooling system used in cars engine to ensure piston thermo mechanical resistance by numerical simulation. Most of actual engines use an oil jet cooling system coupled with 'cocktail shaking' to extract heat from piston. This cooling method brings into play a two-phase incompressible turbulent flow in a mobile environment, due to motion of pistons in the cylinder. The need today for more effective cooling of pistons involves an accurate understanding of the physical mechanisms which are concerned. Modeling could be a good way to achieve it. The idea is to support the engine design process to account for advanced technologies to improve turbine or engine performances, less fuel burn and green house gases. In the present work, a numerical model dedicated to the simulation at small scale of oil/air two-phase flows and related heat transfers is proposed to characterize the cooling of engine elements under fragmented jet impact

Journal of Computational Physics

A series of benchmarks based on the physical situation of “phase inversion” between two immiscible liquids is presented. These benchmarks aim at progressing towards the direct numerical simulation of two-phase flows. Several CFD codes developed in French laboratories and using either Volume-of-Fluid or Level-Set interface tracking methods are used to provide physical solutions of the benchmarks, convergence studies and code comparisons. Two typical configurations are retained, with integral scale Reynolds numbers of 1.37104 and 4.33105, respectively. The physics of the problem are probed through macroscopic quantities such as potential and kinetic energies, or enstrophy. In addition, scaling laws for the temporal decay of the kinetic energy are derived to check the physical relevance of the simulations. Finally the droplet size distribution is probed. Additional test problems are also reported to estimate the influence of viscous effects in the vicinity of the interface.Modélisation et Simulation Multi-échelle des Interface

A phase inversion benchmark for multiscale multiphase flows

A series of benchmarks based on the physical situation of "phase inversion" between two incompressible liquids is presented. These benchmarks aim at progressing toward the direct numerical simulation of two-phase flows. Several CFD codes developed in French laboratories and using either Volume of Fluid or Level Set interface tracking methods are utilized to provide physical solutions of the benchmarks, convergence studies and code comparisons. Two typical configurations are retained, with integral scale Reynolds numbers of 1.37 10 4 and 4.33 10 5 , respectively. The physics of the problem are probed through macroscopic quantities such as potential and kinetic energies, interfa-cial area, enstrophy or volume ratio of the light fluid in the top part 1 arXiv:1906.02655v1 [physics.flu-dyn