An Experimental Study on Aerodynamics, Combustion and Cyclic Variability in Hydrogen-Fueled Spark-Ignition Engines under Ultra-lean Conditions
Hydrogen-fueled internal combustion engines (H ICEs) hold promise for decarbonizing the transport sector. To advance this potential, research is essential on lean hydrogen/air combustion under engine-relevant conditions. This thesis investigates the behavior of very-lean to ultra-lean hydrogen/air f...
保存先:
| 第一著者: | |
|---|---|
| その他の著者: | , , , , , , , |
| フォーマット: | Thèse numérique |
| 言語: | Anglais Français |
| 出版事項: |
2025.
|
| 主題: | |
| オンライン･アクセス: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1020_va.pdf http://www.theses.fr/2025ORLE1020/abes |
| 注記: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Stefano Fontanesi (Président du jury) ; Sebastian Verhelst, Brian Peterson, Pierre Brequigny, Andreas Dreizler, Karine Truffin (Membre(s) du jury) ; Sebastian Verhelst, Brian Peterson (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Étude expérimentale de l'aérodynamique, de la combustion et des variabilités cycliques dans les moteurs à allumage commandé alimentés en hydrogène dans des mélanges ultra-pauvres |
| LEADER | 07080nam a22005417a 4500 | ||
|---|---|---|---|
| 001 | 1345810 | ||
| 008 | 251003s2025 xxe ||| |||| 00| 0 eng d | ||
| 009 | PPN290849675 | ||
| 041 | 0 | |a eng |a fre |b fre |b eng | |
| 082 | |a 621.43 | ||
| 082 | |a 665.81 | ||
| 084 | |a 620 | ||
| 084 | |a 660 | ||
| 100 | 1 | |a Filippo Ramalho Leite, Caio, |d 1995- | |
| 240 | 1 | 0 | |a Étude expérimentale de l'aérodynamique, de la combustion et des variabilités cycliques dans les moteurs à allumage commandé alimentés en hydrogène dans des mélanges ultra-pauvres |
| 245 | 1 | 0 | |a An Experimental Study on Aerodynamics, Combustion and Cyclic Variability in Hydrogen-Fueled Spark-Ignition Engines under Ultra-lean Conditions |c Caio Filippo Ramalho Leite ; sous la direction de Fabrice Foucher et de Jacques Borée. |
| 256 | |a Données textuelles | ||
| 260 | |c 2025. | ||
| 500 | |a Titre provenant de l'écran-titre | ||
| 500 | |a Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) | ||
| 500 | |a Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) | ||
| 500 | |a Autre(s) contribution(s) : Stefano Fontanesi (Président du jury) ; Sebastian Verhelst, Brian Peterson, Pierre Brequigny, Andreas Dreizler, Karine Truffin (Membre(s) du jury) ; Sebastian Verhelst, Brian Peterson (Rapporteur(s)) | ||
| 502 | |a Thèse de doctorat. Energétique. Orléans. 2025 | ||
| 520 | |a Hydrogen-fueled internal combustion engines (H ICEs) hold promise for decarbonizing the transport sector. To advance this potential, research is essential on lean hydrogen/air combustion under engine-relevant conditions. This thesis investigates the behavior of very-lean to ultra-lean hydrogen/air flames (0.20 < < 0.55) compared to propane/air flames (0.70 < < 1.50) using an optical spark-ignition engine and provides enhanced data for the development of hydrogen combustion models in H ICEs. Key flame characteristics are studied and discussed through heat release, chemiluminescence, and particle image velocimetry analyses. Turbulence, flame development, and cyclic variability are examined under varied conditions, including engine speed, intake pressure, and spark discharge duration. Findings highlight a strong relationship between heat release and flame structure. Notably, hydrogen flame development before 2% Mass Fraction Burned (MFB) strongly correlates with pressure-based metrics up to 50% MFB, underscoring the critical role of early flame phase behavior in predicting total combustion duration and in-cylinder pressure trends. A model for turbulent hydrogen flames in the initial combustion stages, based on the Zimont equation and supported by experimental data, demonstrates broad applicability within the Borghi-Peters diagram of turbulent combustion regimes. Additionally, flame chemiluminescence images across these turbulent regimes provide valuable insights into hydrogen flames distinct characteristics. Ultra-lean hydrogen combustion exhibited greater stability and was less influenced by the flow compared to propane under low-load conditions, showing behavior uncommon in conventional fuels and advantageous for engine operation. | ||
| 520 | |a Les moteurs à combustion interne à l hydrogène (H ICEs) représentent un potentiel pour décarboner le secteur des transports. Afin de maximiser ce potentiel, des recherches sont essentielles sur la combustion des mélanges hydrogène/air pauvres dans des conditions moteurs. Cette thèse examine le comportement des flammes hydrogène/air très pauvres et ultra-pauvres (0,20 < < 0,55) en comparaison avec les flammes propane/air (0,70 < < 1,50) à l aide d un moteur optique à allumage commandé, fournissant des données haute fidélité pour le développement de modèles de combustion de l hydrogène dans les H ICEs. Les principales caractéristiques des flammes sont étudiées et discutées via des analyses de dégagement de chaleur, de chimiluminescence et de vélocimétrie par image de particules. La turbulence, le développement des flammes et la variabilité cyclique sont explorés dans des conditions variées, incluant la vitesse du moteur, la pression d admission et la durée de décharge de l étincelle. Les résultats mettent en évidence une relation étroite entre le dégagement de chaleur et la structure de la flamme. Notamment, le développement des flammes d hydrogène avant 2% de la fraction de masse brûlée (MFB) montre une forte corrélation avec les mesures basées sur la pression jusqu à 50% MFB, soulignant le rôle critique de la phase initiale de la flamme dans la prédiction de la durée totale de combustion et des courbes de pression cylindre. Un modèle pour les flammes turbulentes d hydrogène dans les premières phases de la combustion, basé sur l équation de Zimont et validé par les données expérimentales, démontre une large applicabilité dans le diagramme de Peters-Borghi des régimes de combustion turbulente. De plus, les images de chimiluminescence des flammes dans ces régimes turbulents fournissent des informations importantes sur les caractéristiques des flammes d hydrogène. La combustion de l hydrogène a également présenté une plus grande stabilité, étant moins influencée par l écoulement, comparée à celle du propane, tant dans des conditions de faible charge qu avec des mélanges ultra-pauvres, affichant un comportement atypique par rapport à des carburants conventionnels et avantageux pour le fonctionnement des moteurs. | ||
| 538 | |a Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF | ||
| 650 | |a Énergie |x Recherche | ||
| 650 | |a Moteurs à combustion interne |x Essais | ||
| 650 | |a Hydrogène |x Combustion | ||
| 650 | |a Automobiles |x Moteurs -- Échappement | ||
| 650 | |a Flamme |x Modèles mathématiques | ||
| 650 | |a Vélocimétrie par images de particules | ||
| 650 | |a Décarbonation |x Transport | ||
| 650 | |a Chimiluminescence | ||
| 650 | |a Thèses et écrits académiques | ||
| 700 | 1 | |a Foucher, Fabrice, |d 19..-...., |c Enseignant-chercheur en énergétique. |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Borée, Jacques, |d 19..- |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Fontanesi, Stefano. | |
| 700 | 1 | |a Verhelst, Sebastian, |d 19..- |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Peterson, Brian, |d 19..-...., |c chercheur en génie mécanique. |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Brequigny, Pierre, |d 19..- |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Dreizler, Andreas, |d 19..-...., |c chercheur en génie mécanique. |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Truffin, Karine, |d 19..-...., |c ingénieure en dynamique des fluides. |4 opn | |
| 710 | 2 | |a Université d'Orléans. |4 dgg | |
| 856 | 4 | |q PDF |s 22481192 |u http://www.theses.fr/2025ORLE1020/document |z Accès au texte intégral | |
| 856 | 4 | |u https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1020_va.pdf | |
| 856 | 4 | |u http://www.theses.fr/2025ORLE1020/abes | |
| 997 | |0 1345810 |1 Thèse numérique |a Ressource numérique |b INSA |b ENSA |c 0/Bibliothèque numérique/ |c 1/Bibliothèque numérique/Autre ressource numérique/ | ||