A Comprehensive Model for Liquid Film Boiling in Internal Combustion Engines

Abstract

Résumé -Un modèle complet pour l'ébullition de film liquide dans les moteurs à combustion interne -Dans cet article, les principaux processus physiques, régissant les régimes d'ébullition nucléée et de transition d'un film liquide, ont été examinés à partir des observations expérimentales disponibles dans la littérature. Les tendances physiques observées, ont été utilisées, pour développer un modèle phénoménologique complet pour l'ébullition de film liquide (LFB). Celui-ci permet le calcul de sa vaporisation, dans le régime d'ébullition nucléée, ainsi que, dans le régime d'ébullition de transition. Ces régimes sont identifiés par les températures de saturation, de Nukiyama et de Leidenfrost. L'estimation des températures de Nukiyama et de Leidenfrost, en fonction de la pression de gaz ambiante, a requis une attention toute particulière. Plusieurs courbes de durée de vie, de gouttes de grosse taille déposées sur une surface chaude dans diverses conditions, ont été choisies parmi celles qui sont disponibles dans la littérature récente pour la validation du modèle LFB. Les résultats numériques montrent que les ordres de grandeur et les tendances observées expérimentalement sont bien respectés. En particulier, le modèle LFB reproduit bien la disparition progressive du régime de Leidenfrost avec des pressions suffisamment élevées du gaz. D'autre part, l'augmentation progressive du taux de vaporisation du liquide avec la rugosité du mur, précédemment observée expérimentalement près du point de Leidenfrost, a été correctement prédite par le modèle LFB. Abstract -A Comprehensive Model for Liquid Film Boiling in Internal Combustion Engines -In this paper, the main physical processes governing the nucleate and transition regimes of the boiling of a liquid film were reviewed from the available experimental observations in the literature. The physical tendencies observed in most experiments have been used to develop a comprehensive phenomenological Liquid Film Boiling (LFB) model which allows the calculation of the vaporization of liquid films in the

Experimental and Numerical Investigation of Dispersed and Continuous Liquid Film under Boiling conditions

“…In this work, both an experimental and a numerical investigation have been carried out in order to improve the understanding and the modelling of the vaporization of liquid deposits in the boiling regimes. The liquid film sub-models previously developed by the authors [1][2][3][4][5] using a RANS approach have been improved and implemented in the Large-Eddy Simulation (LES) code AVBP [6]. In particular, this work extends the validity of the Liquid Film Boiling (LFB) model [5] for dispersed liquid films or tiny deposits that may be formed when a dilute spray impinges a wall.…”

“…as well as on gravity, gas pressure, liquid flow rate, etc. (see [5] for a complementary bibliographical review. These critical temperatures may also be determined experimentally from the boiling or lifetime curve of a droplet as depicted in Figure 4 obtained by measuring the total time that it takes to a droplet to completely evaporate after it has been gently deposited on a hot wall [12] : Regime I, complete wetting regime (Tw < Tsat) The sprays, impinging a wall having a Tw smaller than Tsat, always form a liquid film which evaporates slowly.…”

“…The liquid film sub-models previously developed by the authors [1-5] using a RANS approach have been improved and implemented in the Large-Eddy Simulation (LES) code AVBP [6]. In particular, this work extends the validity of the Liquid Film Boiling (LFB) model [5] for dispersed liquid films or tiny deposits that may be formed when a dilute spray impinges a wall. In addition, experimental measurements have been carried out using the Refractive Index Matching (RIM) method described in Section 1.…”

“…The convective liquid film evaporation, prevailing in regime I, is described by Desoutter et al [3,4]. The LFB model proposed in [5] is summarized, along with the following improvements: a) A sub-model for a more accurate sub-grid-scale (SGS) modelling of liquid film boiling. b) A modified spray evaporation model for droplets near hot walls, particularly for those under the Leidenfrost regime vaporization.…”

“…According to the LFB model [5], the boiling phenomenon may therefore be modelled using the following two main parameters:…”