caractérisation expérimentale de l'inflammation d'un spray d'ammoniac liquide sous haute pression et température par techniques optiques // Experimental characterization of ignition of liquid ammonia spray under high pressure and temperature by means of o

Ce sujet de doctorat s'inscrit dans le contexte des moteurs à combustion interne à l'ammoniac. En considérant l'injection directe d'ammoniac liquide, le processus de flash-boiling est un paramètre clé qui affecte fortement l'atomisation de la pulvérisation. Même si de plus en plus d'études s'y intéressent, la prédiction par simulation CFD reste insuffisante. Le développement et la validation des modèles nécessitent une base de données expérimentale bien décrite.
Ce sujet de doctorat consistera tout d'abord en une étude complète des processus d'atomisation, de mélange et d'allumage du NH3 liquide injecté dans des conditions de haute pression pertinentes pour l'es MCI en utilisant des injecteurs GDI mono et multi trous. Comme dans la plupart des cas, l'ammoniac en tant que carburant unique reste très difficile, le H2 est considéré comme le principal promoteur de l'allumage. Par conséquent, l'effet de l'ajout de H2 sera également étudié en fonction des paramètres d'injection. Pour cela, une machine à compression rapide (NEW ONE Shot Engine (ECM Test Benches | Orleans University) jusqu'à 60 b/900 K avec accès optique sera utilisée. Au moins plusieurs techniques optiques seront utilisées (SLIPI, imagerie rapide, PIV, Schlieren, LIF...) d'abord pour quantifier les dispersions de gouttelettes et les caractéristiques géométriques du spray. La seconde partie concernera l'allumage par compression de NH3-H2 en utilisant la chimiluminescence (OH* et NH2*) en fonction de la teneur en H2 et de différentes valeurs T-P. En raison de la chaleur de vaporisation élevée de l'ammoniac et de la température d'auto-inflammation élevée, aucune auto-inflammation n'est attendue sans ajout de H2.
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This PhD subject is in the context of ammonia internal combustion engine. By considering direct liquid ammonia injection, flash-boiling process is one key parameter which strongly affects the spray atomisation. Even if more and more studies are focused on it, the prediction by CFD simulation remains insufficient. The development and validation of models, requires well-described experimental database.
This PhD subject will first perform a comprehensive investigation of the atomisation, mixing and ignition processes of liquid NH3 injected under high-pressure conditions relevant to ICE by using single and multi-hole GDI injectors. As in most of cases, ammonia as the unique fuel remains very difficult H2 is considered as the main ignition promoter. Therefore, the effect of H2 addition will be also studied as a function of injection parameters. For that, one rapid compression machine (NEW ONE Shot Engine (ECM Test Benches | Orleans University) up to 60 b/900 K with optical access will be used. At least Several optical techniques will be used (SLIPI, rapid imaging, PIV, Schlieren, LIF…) first to quantify droplet dispersions and spray geometrical characteristics. The second part will concern the compression ignition of NH3-H2 by using chemiluminescence (OH* and NH2*) as a function H2 content and different T-P values. Due to the high heat of vaporization of ammonia and the high auto-ignition temperature, no auto-ignition is expected without H2 addition.
The project of this Phd Student will be complemented by a secondment in WinGD (Switzerland) for 4 months, an marine engine company to evaluate the effect of the size on the mixture preparation process. Moreover, this project is fully complementary to another PHD student, for Univ Stuttgart.
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Début de la thèse : 01/11/2025
WEB : https://dt-hats-msca.eu/

Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)

Université d'Orléans

552 Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU

Discipline scientifique souhaitée par le candidat : Mécanique de fluides, Energétique Compétences spécifiques requises : Master en mécanique des fluides : combustion, écoulements turbulents ; diagnostics optiques, moteurs à combustion interne Bon niveau d'anglais : capacité à lire des articles et à échanger oralement au quotidien et avec les autres partenaires du DN. Spécificités : Les doctorants peuvent être de toute nationalité, mais PRISME étant en zone à régime restrictif (ZRR), l'acceptation définitive sera soumise à une autorisation d'accès délivrée par les Hauts Fonctionnaires de Défense et de Sécurité. Ils ne doivent pas être titulaires d'un doctorat à la date de leur recrutement et doivent respecter la règle de mobilité : ne pas avoir résidé ou exercé leur activité principale dans le pays du (premier) bénéficiaire recruteur pendant plus de 12 mois au cours des 36 mois précédant la date de leur recrutement.
Candidate's desired scientific discipline : Mechanical engineering Specific skills required: Master in Fluid Mechanics: combustion, turbulent flows; optical diagnostics, internal Combustion Engines Good level in English: ability to read articles and exchange orally on a daily basis and with the other partners of the DN. Specificities: Doctoral candidates may be of any nationality, but as PRISME is Restrictive Regime Zone (ZRR), final acceptance will be subject to access authorisation issued by the Senior Defense and Security Officers. They must not hold a doctoral degree at the date of their recruitment, and they must comply with the mobility rule: they must not have resided or carried out their main activity in the country of the (first) recruiting beneficiary for more than 12 months during the 36 months prior to the date of their recruitment.