Modélisation LES de la combustion H2 pauvre en injection directe

Avec la diminution des ressources en hydrocarbures et les normes de plus en plus strictes pour faire face au problème de changement climatique, le développement des moteurs à combustion interne dépollués constitue un verrou technique majeur. L’utilisation de l’hydrogène est considéré comme une alternative prometteuse pour les véhicules. Deux principales options sont possibles. La plus étudiée est la pile à combustible, attractive notamment pour son potentiel de rendement et ses émissions (uniquement de la vapeur d’eau), mais elle est moins avantageuse en termes de coût et durabilité. Sinon, l’hydrogène introduit comme carburant dans les moteurs à combustion interne possède l’avantage de bénéficier des infrastructures existantes et de ne pas dépendre de matériaux rares. 

Cependant un certain nombre de verrous technologiques restent à lever : quelle stratégie d’injection et de richesse pour limiter les combustions anormales et retour de flamme ? Comment optimiser la puissance spécifique ? Quelle stratégie de dilution pour réduire les émissions de NOx sans pénaliser les rendements ? Pour y répondre, la simulation numérique est un atout majeur.
L’objectif de la thèse est de développer et valider une méthodologie de simulation 3D pour la prédiction et l’étude du mélange, de la phase d’allumage et de la propagation d’une flamme H2/oxydant en moteur à allumage commandé pour permettre la spécification des systèmes d’injection et d’allumage. Cette méthodologie exploitera la Simulation aux Grandes Echelles (LES) pour adresser finement les problématiques de formation du mélange the H2/O2/diluant et d’interactions entre l’étincelle et l’aérodynamique, la chimie et la turbulence, la flamme et les parois. L’impact d’un diluant sur l’allumage et les émissions de NOx sera aussi exploré. 
Etant donné l’aspect novateur du travail, des publications dans des revues scientifiques de grande qualité sont attendues.

Mots clefs: Moteur à allumage commandé, écoulements turbulents réactifs, hydrogène, modélisation, simulation aux grandes échelles, 

• Directeur de thèse    Dr Olivier COLIN, IFPEN
• Ecole doctorale    SMEMAG (ED 579), lien sur le site
• Encadrant IFPEN    Dr Karine TRUFFIN, IFPEN : karine.truffin@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France  
• Durée et date de début    3 ans, début de préférence : le 1 octobre 2021 
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France 
• Qualifications    De préférence Master 2 en Mécanique des fluides et /ou Energétique
• Connaissances linguistique    Français courant (ou volonté d’apprendre), aisance en Anglais  CFD, combustion, méthodes numériques et programmation (fortran/C/C++ et Python), intérêt pour les nouvelles technologies de l’énergie et la théorie de la combustion turbulente