Blow-by gases simulation and modelisation in an automotive oil separator.
Modélisation et simulation des gaz de blow-by dans un décanteur automobile.
Résumé
In this work, the accuracy of numerical simulations for predicting particle deposition in an oil separator is studied and compared to experimental data. First, a reliable experimental methodology is developed to produce blowby flow with a particle distribution similar to that that found in an engine. The PCS spectrometer PALAS was chosen to measure blow-by droplets because of its accuracy on the spectrum studied. Blowby granulometry is measured for two flow rates before and after the oil separator. The difference between the two measures gives the separator efficiency. In the same time, RANS simulations followed by Lagrangian particle tracking were achieved. The aim is to test the ability of RANS simulations to predict the deposition rate of oil particles in a separator. The numerical methodology developed in this article combined the use of a RANS k-ε model with a two layer wall boundary condition. This two layer boundary condition is set up thanks to the use of a mixed mesh composed of prismatic cells in the near wall area and of tetrahedral cells in the rest of the domain. Simulations are made without any turbulence dispersion models because of the moderate Reynolds number of the flow. Computations are compared with experimental results obtained specifically for this study. Calculations based on the methodology developed in this article lead to a good prediction of particle deposition for the two characteristic blow-by flow rates. This demonstrates that for moderate Reynolds number values the RANS approach can be successful for particle deposition predictions in industrial complicated geometry, provided that the near wall region is accurately represented. In this way numerical simulation can be a useful tool for the design and efficiency optimization of oil separators.
L'objectif de cette thèse sur la modélisation des décanteurs automobiles est de mettre au point un outil de simulation numérique permettant de se substituer à un banc organe pour déterminer l'efficacité des décanteurs à l'étape de conception. Après avoir étudié la composition du blow-by sur banc moteur et cela pour différents points de fonctionnement du moteur, nous avons pu comparer la pertinence des différents outils de mesure granulométrique choisis (PCS, ELPI, TEOM) en fonction du spectre granulométrique émis par le moteur. Le PCS a été retenu comme l'outil le plus adéquat en fonction des tailles de gouttes sur lesquelles nous souhaitions avoir des informations. En parallèle, nous avons mené des investigations pour mettre au point une méthodologie de calcul permettant de simuler l'efficacité du décanteur. Le suivi des particules d'huile s'effectue grâce à une simulation lagrangienne. Les forces à prendre en compte ont été déterminées grâce à des expériences numériques simples permettant de verifier si les différentes expressions de ces forces trouvées dans la littérature étaient compatibles des conditions de calculs rencontrées dans les décanteurs. Une autre question soulevée par l'utilisation d'une modélisation lagrangienne dans la littérature, est celle de la prise en compte ou non de la dispersion turbulente. L'étude proposée dans cette thèse nous a permis de montrer que l'implémentation d'un modèle de dispersion turbulente rudimentaire ne permet pas d'obtenir des résultats satisfaisants. La faisabilité de la mise au point d'une méthodologie de calcul fiable de l'efficacité du décanteur repose finalement sur la modification du type de maillage utilisé ainsi que le traitement du calcul de l'écoulement à la paroi. Nous avons montré dans cette thèse que la mise en place d'un maillage raffiné aux parois reposant sur des prismes avec un Y+ =1, associé à une loi de parois à deux couches permettait d'obtenir des résultats satisfaisants en terme de prédiction de l'efficacité du décanteur.
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