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Reaction Design simule plus précisément la combustion

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Par publié le à 15h33

Reaction Design simule plus précisément la combustion

Bernie Rosenthal veut associer mécanique des fluides et modélisation comportementale des carburants.

Les moteurs thermiques doivent être plus efficaces et moins polluants. Le logiciel Forté de Reaction Design va plus loin que les approches de simulation traditionnelles, en mêlant intimement mécanique des fluides et modélisation comportementale physico-chimique des carburants.

J’ai rencontré cette semaine Bernie Rosenthal, CEO de Reaction Design, à l’occasion de l’annonce du logiciel Forté, destiné à la simulation des écoulements des fluides et des réactions physico-chimiques mis en jeu dans les moteurs à combustion interne.

« A l’heure où l’on cherche à réduire les émissions de gaz à effet de serre et les particules nocives émises par les moteurs thermiques, il est fondamental de comprendre comment se déroule le processus de combustion et d’évaluer les améliorations que pourraient apporter des modifications de conception », explique Bernie Rosenthal. « C’est ce que nous proposons aux motoristes avec notre logiciel Forté ».

Reaction Design est un éditeur de logiciels pour les marchés de l’automobile, de l’énergie et de l’électronique né en 1997 et qui depuis 2005 s’est focalisé sur la combustion. Son offre était basée à l’origine sur l’exploitation de la licence du logiciel Chemkin des Sandia Lab qui modélise les évolutions de réactions chimiques. Mais depuis 1998, Reaction Design a fait évoluer ce logiciel au point d’en avoir proposé depuis 12 versions. Des interfaces vers les principaux logiciels de mécanique des fluides ont aussi été développées.

Parallèlement, Reaction Design a aussi développé le logiciel Energico, pour la conception des turbines à gaz et plus récemment Forté, un logiciel de mécanique des fluides dédié à la simulation des écoulements des fluides et des réactions physico-chimiques dans les moteurs thermiques. Enfin, Reaction Design propose toute une palette de services d’ingénierie autour de ces différents logiciels.

Innover plus propre

« Le monde des motoristes vit actuellement une véritable révolution avec des changements fondamentaux de ses modes de fonctionnement. Les réglementations qui lui sont appliquées évoluent très rapidement avec des diminutions drastiques des consommations et des émissions de polluants. Dans le même temps, on lui demande peu à peu de passer de carburants fossiles à des carburants renouvelables. Autant de modifications fondamentales qui lui imposent de faire évoluer profondément ses moteurs. En un mot d’innover ».

Une innovation qui, pour être rapide et efficace, impose un recours massif à la simulation. Encore faut-il pouvoir disposer de logiciels performants et de données fiables, notamment sur les carburants utilisés. « C’est là que les traditionnels logiciels de mécanique des fluides trouvent leurs limites, car ils utilisent des modèles comportementaux très simplifiés des carburants et des équations de réactions chimiques figées dans le temps. Ce qui par exemple revient à ignorer l’apparition des émissions dès le début de la combustion dans le cylindre, pour n’en tenir compte que dans le système d’échappement. C’est certes relativement rapide, mais surtout très imprécis ».

Pour être précis, il faut en effet pouvoir disposer à la fois de modèles physico-chimiques performants des carburants, mais aussi de modèles exacts des jets de carburants pulvérisés dans l’admission ou directement dans le cylindre. L’obtention de ces modèles est l’un des objectifs du Model Fuels Consortium qui regroupe les principaux organismes de recherche sur les carburants, tel l’IFP pour la France, ainsi que les grands motoristes mondiaux. Les modèles créés reprennent ainsi la structure moléculaire des carburants à la fois dans leur composition et leur arrangement spatial, tout en intégrant un comportement physico-chimique exact.

Reste que ces modèles sont très complexes et imposent des temps de simulation importants. Il fait mobiliser de 8 à 32 processeurs pour obtenir une simulation en une quinzaine d’heures. C'est-à-dire dans la nuit séparant deux journées de travail.

Réduire de 40 % le temps de simulation

« Notre offre Forté bouleverse ces paradigmes. Nous avons développé en collaboration avec le cabinet Wisconsin Engine Research Consultants des algorithmes qui permettent de s’affranchir du maillage de la propagation des jets d’injection, tout en gardant une grande précision comportementale. De même, nous avons mis au point un générateur automatique de maillages pour l’intérieur du cylindre, qui évite le recours toujours long et couteux à des experts. Ainsi l’analyse de la combustion d’un carburant contenant de l’éthanol, qui demandait 133 heures de calcul avec un modèle de carburant limité à 118 composés, ne demande avec notre logiciel que 13 heures, tout en tenant compte des 428 composés du carburant réel. Globalement on gagne de 35 à 40 % en temps de simulation, tout en ayant des résultats beaucoup plus précis ». 


                                    


Des résultats qui ont été effectivement confortés par l’expérimentation physique, montant une très bonne corrélation, tant au niveau de la propagation du front de flamme dans le cylindre que de la nature des émissions polluantes à sa sortie.

Il faut ajouter à ces performances de calcul que Forté intègre tous les outils de visualisation nécessaires pour exploiter les résultats, alors que la plupart des outils de mécanique des fluides sont obligés de faire appel à des outils de post-traitement tiers.

« Un moteur thermique est une véritable usine chimique dans laquelle se déroule simultanément une multitude de réactions dans des conditions de température et de pression éminemment variables. C’est notre expertise physico-chimique, alliée à des algorithmes novateurs, qui nous permet aider les motoristes à développer des groupes moto-propulseurs offrant un meilleur rendement énergétique et des émissions les plus faibles, afin d’équiper les futurs ‘‘véhicules propres’’ », conclut Bernie Rosenthal.

A la semaine prochaine,

Pour en savoir plus : http://www.reactiondesign.com

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l’Usine Nouvelle, suit depuis près de 30 ans l’informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il a été à l’origine de la lettre bimensuelle Systèmes d’Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.

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