Transferts de chaleur, Convection naturelle, Changement de phase solide-liquide, AdBlue, Solution d'urée, Analyse expérimentale, Modélisation numérique, Système SCR, Automobile

Le système SCR, utilisé pour la réduction d'émissions de NOx par les véhicules diesel, injecte dans le pot catalytique, une solution d'urée (AdBlue®) qui est susceptible de se solidifier lorsque la température extérieure devient inférieure à -11.4°C. Pour éviter ce problème de congélation, des éléments chauffants sont intégrés au réservoir, qui sont mis en fonctionnement grâce à la transmission du signal fournit par une sonde de température à l'algorithme de contrôle. Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre d'une stratégie de conception et d'optimisation, porte sur le développement d'un modèle numérique permettant de prédire en fonction du nombre d'éléments chauffants intégrés au système SCR et de leur puissance, le volume d'AdBlue liquide utilisable. Une partie du travail comprend des expérimentations développées pour étudier la fusion d'AdBlue dans une cavité parallélépipédique soumis à des conditions de températures ou de flux constants sur les parois. La cinétique de l'interface liquide-solide a été enregistrée grâce à une caméra et les distributions de température dans le matériau à changement de phase ont été mesurées par des thermocouples. Cette campagne d'expériences permet d'évaluer la cinétique de fusion pour différentes conditions aux limites (flux ou température de parois constant) et constitue une base de données expérimentales pour la fusion de ce produit commercial. Un modèle numérique original 3D, reposant sur la méthode des volumes finis, est proposé pour résoudre le couplage des transferts de chaleur par convection naturelle avec la dynamique de changement d'état solide-liquide. Une bonne concordance est obtenue entre les expériences et les résultats de la simulation pour des conditions de chauffage par les parois latérales. Dans le cas d'un chauffage par le bas du réservoir, le changement de volume provoqué par le changement de phase solide-liquide induit la création et le grossissement d'une masse gazeuse tout au long du processus qui se retrouve piégé au niveau de l'interface solide-liquide. Un algorithme, spécifiquement développé pour tenir compte de la phase gazeuse qui influence fortement les transferts, montre des résultats très comparables à l'expérience, validant ainsi cette approche. Dans le cas de la fusion de l'AdBlue dans un réservoir de grande taille à géométrie complexe, les résultats de la simulation montrent un accord satisfaisant avec les données expérimentales, pouvant ainsi envisager son utilisation pour valider les stratégies de conception et de contrôle du sous-système des réchauffeurs.