Un nouveau modèle conceptuel pour décrire la composition d'un carburant peut accélérer et simplifier les simulations de combustion. L'essence et le diesel que nous pompons dans nos véhicules sont un cocktail complexe qui peut contenir des milliers de produits chimiques différents. Mais regarde de plus près le carburant, et l'écrasante complexité commence à se résoudre, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.
Plutôt que d'essayer de modéliser la combustion du carburant sur la base de la longue liste de molécules que le carburant contient, les chercheurs ont trouvé un raccourci :ils montrent maintenant qu'ils peuvent distiller la complexité en une très courte liste de sous-unités moléculaires ou de groupes fonctionnels à partir desquels la plupart des molécules de carburant sont fabriquées. Cette méthode radicalement simplifiée pour simuler avec précision la combustion du carburant a été développée par Abdul Gani Abdul Jameel sous la direction de Mani Sarathy et de son équipe.
Le projet est parti de l'hypothèse que le comportement de combustion de chaque composant d'un combustible est dicté par les groupes fonctionnels qu'il comprend. Pour corroborer la théorie, l'équipe a effectué une analyse de résonance magnétique nucléaire à haute résolution dans les laboratoires principaux de KAUST pour identifier les principaux groupes fonctionnels dans une série de combustibles complexes. Ils ont ensuite créé de simples substituts pour chaque carburant en sélectionnant une ou deux molécules contenant les groupes fonctionnels dans le même équilibre que le carburant réel.
Comparer les principaux paramètres de combustion, tels que le délai d'allumage et le point de fumée dans le laboratoire, les chercheurs ont confirmé que les simples substituts étaient des imitations fidèles du vrai carburant. Ils ont montré un bon substitut nécessaire pour correspondre au poids moléculaire moyen et contenir les bonnes proportions de seulement cinq groupes fonctionnels clés carbone-hydrogène :CH
La modélisation de la combustion traditionnelle capture avec précision le comportement des mélanges de carburant en ajoutant des données de cinétique chimique détaillées pour de plus en plus de composants dans le carburant, mais l'inconvénient est que la simulation devient excessivement lente à exécuter. "Nous avons montré qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter de la complexité aux modèles, tant que les caractéristiques sous-jacentes de paramètres moléculaires plus simples, les groupes fonctionnels, sont capturés, " dit Sarathy.
La méthode de l'équipe pour fabriquer des substituts de carburant simples améliorera directement la conception de nouveaux moteurs efficaces, explique Abdul Jameel. "L'utilisation d'un nombre minimal de composants réduit considérablement le temps nécessaire au développement de modèles cinétiques chimiques et les dépenses de calcul impliquées dans la simulation de la combustion dans les moteurs à combustion interne, " il dit.
Mais l'approche basée sur les groupes fonctionnels de l'équipe ira bien au-delà de la formulation de substitution. "Nous développons actuellement des modèles basés sur l'apprentissage automatique pour prédire les propriétés de combustion des carburants en fonction de leurs groupes fonctionnels, ", ajoute Abdul Jameel.
