Génie mécanique

Etude de transfert de chaleur dans un piston moteur

II.3.Etude de transfert de chaleur dans un piston moteur : (Exemple d’un article scientifique) :

En 7 juillet 2016, un article scientifique qui aborde une analyse du transfert de chaleur dans un piston d’un moteur à combustion interne à l’aide de Comsol Multiphysics: une étude de cas de trois cycles, a été publiée dans : « International Journal of Scientific & Engineering Research ».

L’analyse portait essentiellement sur l’état transitoire de la convection forcée et du transfert de chaleur par conduction. Comme condition initiale, les distributions de température ont été considérées le long du piston dans une plage de 523K – 673K.

Dans cette analyse, la géométrie du modèle du piston a été réalisée avec le logiciel AutoCAD software, laquelle été importé sur le logiciel COMSOL Multiphysics en utilisant Autodesk INVENTOR.

Le problème étudié était les problèmes de transfert de chaleur en 3D, transitoire et dépendant du temps avec flux laminaire.

La chaleur est transférée par conduction à travers la paroi du cylindre dans le piston, où il y a un mélange air-carburant et libéré par convection à la paroi du cylindrer, conduit à travers la paroi et rayonne

Simulation thermomécanique du piston : Comsol Multiphysics et Solidworks

Chapitre II : Simulation thermomécanique du piston

II.1.Le logiciel COMSOL Multiphysics :

II.1.1.Introduction :

COMSOL Multiphysics est un puissant environnement de simulation interactif utilisé pour modéliser et résoudre toutes sortes de problèmes scientifiques et techniques.

Le logiciel fournit un environnement de bureau intégré puissant avec un Model Builder qui vous donne un aperçu complet du modèle et un accès à toutes les fonctionnalités.

Avec COMSOL Multiphysique, vous pouvez facilement étendre les modèles conventionnels pour un type de physique en modèles multiphysiques qui résolvent des phénomènes physiques couplés et qui le font simultanément. L’accès à ce pouvoir ne nécessite pas connaissance approfondie des mathématiques ou de l’analyse numérique.

En utilisant les interfaces physiques intégrées et la prise en charge avancée des propriétés des matériaux, vous pouvez créer des modèles en définir les grandeurs physiques pertinentes – telles que les propriétés des matériaux, les charges, les contraintes, les sources et les flux -plutôt qu’en définissant les équations sous-jacentes.

Vous pouvez toujours appliquer ces variables, expressions ou nombres directement aux domaines solides et fluides, aux frontières, aux arêtes et aux points indépendamment du maillage de calcul.

Le logiciel COMSOL Multiphysics compile ensuite

Dommages des pistons et le transfert de chaleur

I.3.Les Charges appliquées sur le piston :

I.3.1. Pression des gaz

Les gaz ont une plus grande turbulence et une pression élevée, par conséquent, en pleine puissance, le transfert du flux de chaleur (gaz-tête du piston) est plus important.

Le piston est aussi soumis à des sollicitations mécaniques dues à l’action (Pz) de la pression des gaz de combustion sur la tête du piston, et la réaction (Rz) de l’axe de piston comme la montre la figure 1.3 :

Figure I.3 Présentation des forces dues à la pression des gaz [6]

I.3.2. Températures :

Le flux de chaleur à travers un une surface élémentaire du piston est :

dQ =dS (T(en amont)) −T (en aval) h.dt

h : est le coefficient de transfert de chaleur par convection (W/m2 .K) dS l’élément de surface qui évacue le flux de chaleur élémentaire dQ. T(en amont): Température des gaz après combustion.

T(en aval) : Température de la paroi de la tête de piston, qui varie avec T des gaz résiduels, de la vitesse de rotation du moteur N et, pour un régime donné du moteur en fonction de la position de la surface

Description d’un moteur à pistons et composants du piston

Chapitre I : Etude bibliographique

I.1.Description générale d’un moteur à pistons :

Un moteur à piston est constitué, d’un bloc qui comprend un cylindre dans lequel se déplace un piston relié à un vilebrequin par une bielle.

Le mouvement du piston s’effectue entre deux positions extrêmes appelées point mort haut (PMH) et point mort bas (PMB), correspondant respectivement au volume minimal et maximal du milieu réactionnel (Figure 1.1).

Un moteur d’automobile, comprend toujours plusieurs cylindres : 1,2, 4, 5, 6, 8, ou 12 selon les modèles [1].

Le piston est réalisé en alliage léger avec une tête plate, bombée ou légèrement rentrante sous les soupapes et la bougie.

L’extrémité du piston débouche sur la chambre de combustion, bordé par une paroi métallique fixe (fonte ou alliage léger) dite culasse ; cette dernière peut présenter les formes les plus diverses selon les critères recherchés par le constructeur dans la conception des chambres à combustion.

Il existe, notamment, des chambres plates hémisphériques, en toit, en baignoire, creusée dans la tête du piston. Un joint métalloplastique, dit joint de culasse, assure l’étanchéité entre le bloc moteur et la chambre de combustion.

L’énergie