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Caractérisation de l'influence des conditions d'injection et des propriétés physiques sur les jets pour des mélanges d'essence et d'alcools

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École de technologie supérieure
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Abstract

L’objectif de ce mémoire est d’améliorer la compréhension des différents mécanismes présents lors de l’injection de carburant. Depuis peu, les alcools font leurs entrées dans le marché et sont mélangés, en différentes proportions, à l’essence. Ainsi, il devient important de mieux comprendre comment les propriétés physiques des carburants influencent le jet au niveau de sa pénétration. Le second objectif est d’élaborer un modèle analytique construit à l’aide de corrélations empiriques qui puisse reproduire fidèlement les courbes de pénétrations. La construction de ce modèle permettra d’identifier quels paramètres sont prédominants. Pour ce faire, une série d’essais expérimentaux a été réalisée en utilisant une caméra haute vitesse et une enceinte ayant la capacité d’être pressurisée. Les paramètres à l’étude sont la pression d’injection, la pression ambiante, la température ambiante, la durée d’injection et bien sûr, les propriétés physiques des carburants. Les carburants utilisés sont l’essence, l’iso-octane, l’éthanol et le butanol, ainsi que deux mélanges à parts égales; l’un constitué d’iso-octane et d’éthanol et l’autre, d’iso-octane et de butanol. L’analyse, à l’aide d’un logiciel de traitement d’image, a permis de faire certaines observations. D’abord, il a été noté que les alcools pénètrent moins que l’essence et l’iso-octane et ce, indépendamment des conditions ambiantes. Ensuite, la pression d’injection augmente la vitesse initiale du jet, ce qui a comme conséquence d’atomiser plus finement le jet, ce qui réduit la pénétration. Ensuite, la pression ambiante joue un rôle très important. De par l’augmentation de la masse volumique du milieu ambiant, les forces aérodynamiques vont forcer, de façon systématique, le jet à ralentir et ainsi, réduire considérablement sa pénétration. L’augmentation de la température ambiante fait apparaître des mécanismes complexes liés à l’évaporation. L’enthalpie de vaporisation est un indicateur de la sensibilité d’un carburant à l’augmentation de la température ambiante. Par exemple, l’éthanol, de par sa haute valeur d’enthalpie de vaporisation, est considérablement moins affecté par une augmentation de la température que le butanol. Finalement, la durée d’injection influence le jet uniquement au niveau de la pénétration totale en ajoutant de la quantité de mouvement durant une période plus ou moins longue. En somme, ces tests ont permis de développer des corrélations et de bâtir un modèle empirique. L’avantage de ce modèle est qu’il prend en compte le poids relatif des propriétés physiques des carburants. Ainsi, il a été établi que parmi les trois propriétés physiques prises en compte, la masse volumique s’avère la plus importante durant toute l’injection. Ensuite, durant les moments initiaux de l’injection, l’enthalpie de vaporisation et la température d’ébullition ont sensiblement le même poids relatif, tandis qu’à la fin de l’injection, la température d’ébullition prend le dessus sur l’enthalpie de vaporisation.

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