Les écoulements avec réactions chimiques peuvent intervenir dans des domaines variés tels que la combustion, le génie des procédés, l’aéronautique, l’environnement atmosphérique et aquatique. Les exemples d’application choisis dans ce volume portent principalement sur les mélanges réactifs homogènes susceptibles d’intervenir dans les propulseurs, en génie des procédés et en combustion : - propagation du son et écoulements monodimensionnels non diffusifs dans les tuyères pouvant comporter des déséquilibres des modes internes d’énergie des molécules ; - réacteurs chimiques idéaux, stabilisation de leurs points de fonctionnement stationnaires dans le cas homogène à mélange parfait et instruments classiques d’analyse expérimentale et théorique tels les bilans de population, la distribution des temps de séjour et celle des âges ; - flammes laminaires et turbulentes en séparant bien celles qui sont prémélangées de celles qui ne le sont pas et qui ne relèvent pas des mêmes mécanismes, mais qui interviennent conjointement dans le cas des flammes triples. Écoulements et réactions chimiques 2 apporte également des précisions sur l’analyse dimensionnelle, la thermodynamique statistique avec couplage entre modes internes d’énergie et réactions chimiques, l’apparition et la dissipation de la turbulence fluide ainsi que son traitement statistique, les bifurcations, les flammes en milieu confiné et de diffusion.

Les écoulements avec réactions chimiques peuvent intervenir dans des domaines variés tels que la combustion, le génie des procédés, l’aéronautique, l’environnement atmosphérique et aquatique. Les interactions induites entre écoulement fluide, échange thermique et réaction chimique sont telles que dans de nombreuses applications, il n’est pas possible de traiter ces aspects séparément. L’aérodynamique, la thermodynamique et la chimie sont ainsi sollicitées en permanence, ce qui a conduit à la création d’un domaine scientifique appelé l’« aérothermochimie ». Cet ouvrage analyse la mise en place, pour ces milieux, de systèmes cohérents d’équations avec leurs conditions aux limites et aux interfaces permettant de modéliser et de faire face aux situations complexes. Il propose l’étude des fluides simples, des mélanges réactifs et des interfaces et lignes. Plusieurs annexes permettent de développer certaines notations mathématiques, mais également la thermodynamique et les méthodes de la mécanique.

Le passage du bidimensionnel au tridimensionnel exige une remise en question de plusieurs notions (points de décollement et de recollement, bulbe de décollement, zone de recirculation, ligne de courant limite…) dont l’emploi en trois dimensions est inadéquat, voire dangereux. La théorie des singularités des systèmes d’équations différentielles de Poincaré permet l’introduction de concepts tels que les points singuliers, les lignes de séparation (ou d’attachement), les surfaces de séparation (ou d’attachement) et de règles topologiques qui permettent une description cohérente des écoulements tridimensionnels. Le décollement peut ainsi être défini de façon précise et le mécanisme de formation des tourbillons, du type trombe ou en fer à cheval, décrit rationnellement. Ces notions forment une grammaire qui est appliquée à la description d’écoulements décollés typiques se formant sur des ailes, sur des fuselages, devant des obstacles, derrière un arrière-corps ou autour d’un véhicule automobile. Le bidimensionnel est reconsidéré à la lumière des concepts du tridimensionnel, ce qui montre son caractère exceptionnel.

With an increasingly challenging commercial environment, and the need imposed by safety principles to reduce both fuel consumption and pollutant emissions, the development of new engines can now benefit from the advances of computational fluid dynamics. Engine CFD is a most challenging simulation problem. This is caused by the spread of time and space scales, the excursion amplitude of most parameters, the high quasi-cyclic unstationarity of engine flows, the importance of minor geometry details, the number of physical and chemical processes including turbulent combustion and multi-phase flows to model. However, engine CFD has now reached a state where it has become a widely used tool, not only for engine understanding, but also increasingly for engine design. Undoubtedly, laser diagnostics in optical access engines have also brought significant help.Contents: 1. State of the art of multi-dimensional modeling of engine reacting flows. 2. Simulation of the intake and compression strokes of a motored 4-valve SI engine with a finite element code. 3. A parallel, unstructured-mesh methodology for device-scale combustion calculations. 4. Large-eddy simulation of in-cylinder flows. 5. Simulation of engine internal flows using digital physics. 6. Automatic block decomposition of parametrically changing volumes. 7. Developments in spray modeling in diesel and direct-injection gasoline engines. 8. Cyto-fluid dynamic theory of atomization processes. 9. Influence of the wall temperature on the mixture preparation in DI gasoline engines. 10. Simulation of cavitating flows in diesel injectors. 11. Recent developments in simulations of internal flows in high pressure swirl injectors. 12. 3D simulation of DI diesel combustion and pollutant formation using a two-component reference fuel. 13. Modeling of NOx and soot formation in diesel combustion. 14. Multi-dimensional modeling of combustion and pollutants formation of new technology light duty diesel engines. 15. 3D modeling of combustion for DI-SI engines. 16. Combustion modeling with the G-equation. 17. Multi-dimensional modeling of the aerodynamic and combustion in diesel engines. 18. CFD aided development of a SI-DI engine. 19. CFD engine applications at FIAT research centre. 20. Application of a detailed emission model for heavy duty diesel engine simulations. 21. CFD based shape optimization of IC engine.