An overview over flamelet modelling for turbuunder diesel engine conditions using n-heptane as lent non-premixed combustion is given. A short review of fuel. In 1996 Pitsch et al. [2] investigated the pollutprevious contributions to simulations of direct injection ant formation in a Volkswagen direct injection (DI) (DI) diesel engine combustion using the representative diesel engine, also fuelled with n-heptane. Different interactive flamelet concept is presented. A surrogate fuel exhaust gas recirculation (EGR) rates were conconsisting of 70 per cent (liquid volume) n-decane and 30 sidered and the well-known trade-off between NO x per cent a-methyl-naphthalene is experimentally comand soot was reproduced by the simulations. The pared to real diesel fuel. The resemblance of their physical significance of the scalar dissipation rate repand chemical properties is shown to result in very similar resenting strain effects on the ignition and combuscombustion and pollutant formation for both fuels. tion process, especially the ignition delay time, was In order to account for variations of the scalar dissishown. pation rate within the computational domain, a method Barths et al. [3] compared results of simulations using multiple flamelets, called the Eulerian particle using an eddy dissipation model [4] in combination flamelet model, is used. A strategy is described for subwith the extended Zel'dovich NO x mechanism and dividing the computational domain and assigning the the Hiroyasu soot model [5] (see the Appendix) to resulting subdomains to different flamelet histories repthose obtained with the RIF model. The tuning parresented by Eulerian marker particles. Experiments conameters (for ignition and combustion) in the former ducted with an Audi DI diesel engine and diesel fuel are models were adjusted for the baseline case (0 per compared to simulations using the surrogate fuel. The use cent EGR) and then held constant. The constants for of multiple flamelets, each having a different history, sigthe NO x and soot models were set as recommended nificantly improves the description of the ignition phase, by Belardini et al. [6]. The trade-off curves for both leading to a better prediction of pressure, heat release and models and the experiments are shown in Fig. 1. exhaust emissions of soot and NO x. The effect of the The RIF model predicts the NO x emissions very number of flamelet particles on the predictions is well and slightly over-predicts the soot emissions, discussed. which, however, are still in the correct order of magnitude. The trends for NO x and soot are also well Key words: CFD modelling, diesel engines, combustion, reproduced. The Magnussen model [4] shows a sigflamelet, emissions nificantly stronger decrease of the NO x emissions on the EGR rate than the experiment. The extended Zel'dovic mechanism only accounts for thermal NO,

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Résumé -Simulation 3D de la combustion et de la formation des polluants dans un moteur Diesel à injection directe en utilisant un carburant de référence à deux composants -En séparant calculs aérodyna-miques et calculs chimiques, le modèle instationnaire de « flamelet » permet d'introduire des mécanismes chimiques complets qui comprennent plusieurs centaines de réactions. Ceci est indispensable pour décrire les diffé-rents processus qui ont lieu dans un moteur Diesel à injection directe (ID) tels que l'auto-inflammation, la fin de la phase de prémélange partiel, la transition vers une combustion diffusive et la formation de polluants tels que les NO x et les suies. Il n'est pas nécessaire de simplifier les taux de réactions hautement non linéaires, d'autre part, la structure complète du processus de combustion est conservée.En utilisant le modèle de type « Representative Interaction Flamelet » (RIF), l'ensemble monodimensionnel instationnaire d'équations différentielles aux dérivées partielles est résolu en interaction avec le code CFD 3D. La solution ainsi obtenue est couplée avec les flux gazeux et le champ de mélange par l'intermédiaire de plusieurs paramètres dépendant du temps (l'enthalpie, la pression, le taux scalaire de dissipation). En retour, le modèle de « flamelet » fournit les concentrations moyennes des espèces chimiques, qui sont ensuite exploitées par le code CFD 3D pour calculer les champs de températures et les densités. La densité est nécessaire au code CFD 3D pour déterminer les flux turbulents et le champ de mélange.La formation des polluants est déterminée expérimentalement dans un moteur Diesel Volkswagen DI 1900. Le moteur est alimenté avec du gazole et deux carburants de référence. Un des carburants de référence est du n-décane pur. Le second est un carburant bicomposant formé de 70 % (du volume liquide) de n-décane et de 30 % d'α-méthylnaphtalène (Idea-fuel). Les résultats expérimentaux indiquent un bon accord sur toute la phase de combustion (délai d'allumage, pression maximale, couple et formation des polluants) entre le carburant de référence bicomposant et le gazole. Les simulations sont réalisées pour les deux carburants de référence et sont comparées aux données expérimentales. Neuf calculs de « flamelet » différents sont effectués pour chaque simulation de manière à prendre en compte la variabilité du taux scalaire de dissipation dont les effets sur le déclen-chement de la combustion sont ici commentés. Nous établissons la formation des polluants (NO x et suies) pour les deux carburants de référence. La contribution des différents mécanismes de réactions pour la formation du NO est indiquée (thermique, prompt, protoxyde, recombustion). Enfin, nous dressons un examen de l'importance du processus de mélange pour la prévision des suies.