Carvallo García, César Leonardo
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- PublicationEngine Combustion Network "Spray G": Wall heat transfer characterization by infrared thermography(Elsevier, 2022-12) Zaccara, Mirko; Carvallo García, César Leonardo; Montanaro, Alessandro; Gimeno García, Jaime; Allocca, Luigi; Cardone, Gennaro; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA; Universitat Politècnica de València[EN] Nowadays, several efforts are being made to design more efficient, cleaner, and economically accessible engines. Spray-wall interactions are strongly related with the fuel-air mixture and emission formation. As such, they are considered as the most important physical processes in engine research. In the present study, the infrared thermography coupled with an inverse heat transfer data reduction is applied to evaluate the wall heat transfer of an iso-octane spray generated by a multi-hole gasoline direct injector (Spray G) impinging on a heated thin foil. The experimental apparatus includes an Invar foil (50 mu m in thickness) heated by Joule effect and the injector located at 66.66 injector nozzle diameter above the surface. Thermal images of the impinging spray are acquired from the dry side of the foil at several time delays from the start of injection at two different injection pressures (10 and 20 MPa) and two different wall temperatures (373 and 473 K). The experimental data are reduced in the dimensionless form in terms of the spray cooling efficiency zeta, which represents the ratio between the spray cooling heat flux and the heat transfer capability of the fluid, by taking into account the area of impact of the spray. Results show a substantial increment of the heat flux and the spray cooling efficiency by increasing the wall temperature. Also, the increment of the injection pressure has an increasing effect on the area of impact, the heat flux, and the efficiency of the spray for both wall temperatures investigated in the experimental campaign. The spray cone angle and the plume jet axis angle were also estimated from the wall heat flux distribution.
- PublicationExperimental study of the dispersion of a fire suppression agent through a real size nozzle of an aircraft cargo cabin extinguisher system(Universitat Politècnica de València, 2020-12-28) Carvallo García, César Leonardo; Gimeno García, Jaime; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial[ES] La mayoría de los sistemas activos de extinción de incendios consisten en inyectar un agente en el volumen donde ocurre el fuego. En el caso de la cabina de carga de la aeronave, el agente utilizado hasta la fecha es Halon 1301. De hecho, el nivel actual de seguridad, según la FAA, es el proporcionado por una concentración volumétrica del 6% de Halon 1301 en toda una zona de incendio protegida para una duración de 0.5 segundos. Sin embargo, se sabe que el Halón 1301 contribuye con el deterioro de la capa de ozono de la Tierra, y estará prohibido en los próximos años. La FAA ya ha definido un nivel de seguridad equivalente en términos del rendimiento (concentración y distribución espacial) del agente alternativo. En este trabajo, se prueban dos agentes alternativos y dos toberas diferentes. Se ha diseñado una instalación de laboratorio que consta de un sistema de inyección para controlar la presión de inyección y la duración de la inyección, en otras palabras, la masa inyectada del agente. El volumen de descarga es un recipiente rectangular de presión constante de aproximadamente 0.85 m3. Este recipiente está provisto de dos ventanas transparentes consecutivas de 0.75x0.75m para garantizar el acceso óptico a todo el proceso de inyección y mezcla. La distribución de la fase líquida del agente dentro de la maqueta se mide mediante la técnica "Diffuse Back-light Illumination" (DBI). La distribución de la fase de vapor, cuando está presente, se mide a través de la técnica de Schlieren de un solo paso. La primera tobera ensayada fue la que actualmente forma parte del sistema contra incendios en la cabina de carga de los aviones. Con esta, se obtuvo un chorro mayormente líquido con poca atomización y poco ángulo de apertura para ambos fluidos alternativos estudiados. Por esta razón, se propuso una nueva tobera cuya geometría fue seleccionada para aumentar la atomización del chorro y el ángulo de apertura del mismo, obteniéndose resultados satisfactorios.
- PublicationExperimental study of the behavior of gasoline direct injection GDI sprays during wall impingement under realistic engine conditions.(Universitat Politècnica de València, 2023-07-17) Carvallo García, César Leonardo; Gimeno García, Jaime; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Universitat Politècnica de València[ES] A medida que aumenta la conciencia climática y se buscan reducir las emisiones globales, se están realizando esfuerzos para producir tecnologías que permitan desarrollar motores más limpios y amigables con el medio ambiente. Los sistemas GDI (inyección directa de gasolina) tienen el potencial de cumplir con los cada vez más estrictos estándares de emisiones y, al mismo tiempo, mejorar el consumo de combustible. El espacio limitado dentro de la cámara de combustión hace que el impacto del chorro con la pared sea un fenómeno común en los motores de inyección directa de gasolina. Este fenómeno tiene un efecto significativo en el desarrollo del chorro y su interacción con el aire en la cámara. En condiciones de arranque en frío, las bajas presiones y temperaturas en la cámara facilitan la deposición del combustible en la superficie del pistón, lo que conduce a un aumento considerable en la formación de hollín y en los hidrocarburos sin quemar. Esta tesis busca proporcionar información sobre las características más relevantes de la interacción chorro-pared en sistemas de inyección directa de gasolina en condiciones de arranque en frío y otras condiciones evaporativas. Para ello, se utilizó una pared plana ubicada a diferentes distancias de impacto y ángulos con respecto a la punta del inyector. Se empleó un inyector solenoide fabricado por Continental y el inyector "Spray G", utilizando iso-octano como combustible inyectado. El estudio se llevó a cabo en diversas instalaciones experimentales cubriendo varias técnicas ópticas. El estudio de la interacción chorro-pared se llevó a cabo utilizando tres campañas experimentales. En la primera, se utilizó una pared de cuarzo transparente para analizar las características macroscópicas del chorro al impactar la pared, observándola lateral y frontalmente con el uso de tres cámaras de alta velocidad gracias a los accesos ópticos de la instalación experimental. En la segunda, se empleó una pared termorregulada de acero inoxidable para medir el efecto que tienen las condiciones de operación y ambientales sobre la transferencia de calor entre la pared y el chorro durante el evento de inyección de combustible. Se observó que la penetración del chorro libre y el desarrollo del chorro sobre la pared son influenciados por la presión de inyección y el ángulo de inclinación de la pared. El ancho del chorro medido después del impacto fue afectado principalmente por la distancia entre el inyector y la pared y por el ángulo de la pared pero más aún por la distancia respecto al punto de impacto sobre la cual fue medida. La semi área de impacto es susceptible a cambios en el ángulo de la pared y la distancia inyector-pared teniendo un papel fundamental en el arrastre de aire entre el chorro y el ambiente. No se encontraron diferencias significativas entre las fases líquida y vapor tanto para la penetración de chorro libre como para el desarrollo del chorro sobre la pared a temperatura ambiente. Por el contrario, con la pared calentada, se obtuvieron diferencias entre la fase líquida y vapor, destacando la contribución de la evaporación de combustible causada por el incremento en la temperatura de la pared. Respecto a la pared instrumentada, tanto la temperatura del combustible como de la pared produjeron los picos más significativos en términos del flujo de calor superficial. Órdenes de magnitud similares respecto al flujo de calor superficial fueron encontrados entre las campañas experimentales de la pared instrumentada y la termografía infrarroja. La aparición del flash boiling en condiciones de menor contrapresión ambiental y mayor temperatura del combustible modificó la morfología del chorro en términos de anchura , lo que tuvo repercusiones significativas en el parámetro R (que depende de la penetración del chorro) y en el número de gotas de líquido presentes en el chorro, afectando tanto a los perfiles de extinción de la luz como a los perfiles del flujo de calor superficial.
- PublicationParametrical study of the dispersion of an alternative fire suppression agent through a real-size extinguisher system nozzle under realistic aircraft cargo cabin conditions(Elsevier, 2020-09) Payri Marín, Raúl; Gimeno García, Jaime; Martí Gómez-Aldaraví, Pedro; Carvallo García, César Leonardo; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Clean Sky Joint Undertaking[EN] Nearly all active fire extinguishing systems consist of injecting an agent into the space set on fire. For aircraft cargo cabins, the agent widely used up to date is Halon 1301. The FAA provides a level of safety for this fire suppression agent that needs to be used in a volumetric concentration of 6% and needs to be acting for a duration of 0.5 s. On the other hand, Halon 1301 is known to contribute to the retrenchment of Earth's atmospheric ozone layer, therefore it is going to be prohibited in the incoming years. The FAA has defined an equivalent level of safety in terms of the performance of the alternative agents. In this research, two different alternative fire suppression agents and two nozzles were tested at two vessel back-pressure conditions using a new design in purpose facility and an injection system able to control the injection pressure and the injection duration (the agent injected mass) in order to satisfy the FAA performance conditions. The discharge volume is a rectangular constant volume constant pressure vessel of approximately 0.85 m(3) and 1.5 m of length that is provided with two transparent windows of 0.75 m x 1.5 m to ensure an optical access to study the whole agent injection and it mixing process. Liquid phase distribution of the agent injected inside the vessel is measured by means of Diffuse Back-Light Illumination (DBI) technique. Vapor phase distribution, when present, is measured through the single-pass Schlieren technique. Results show a poor performance in terms of spatial distribution (narrow jet with little atomization) of the two alternative agents injected through the nozzle actually used in the aircraft cargo cabin fire suppression systems. However, simply replacing the nozzle and using one with a swirler showed excellent performance in terms of spray penetration and spreading angle. This results ratify that the nozzles of the fire extinguisher system currently used in the aircraft cargo cabin does not work for the alternative agents tested.
- PublicationAnalysis of spray/wall impingement using an ECN single-hole injector and a controlled-temperature wall under realistic engine conditions(Elsevier, 2022-05-25) Peraza, Jesús E; Payri Marín, Raúl; Gimeno García, Jaime; Carvallo García, César Leonardo; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Caterpillar Inc.; Universitat Politècnica de València[EN] Spray¿wall interactions (SWI) directly affect fuel¿air mixture and emissions formation. Therefore, they are considered among the most critical physical processes in engine research nowadays. However, the physics of the wall film formation, propagation, and breakup is not fully understood yet. This work aims to use a thermoregulated steel wall to study the spray¿wall interaction phenomenon and its influence on the macroscopic spray behavior. A single-hole injector known as ``Spray D¿¿ in the Engine Combustion Network was used. n-Dodecane was employed as fuel and the wall has been positioned in four different configurations, varying angle and distance respect to the injector tip. For this work, not only diesel combustion is reproduced in the test rig due to ambient gas engine-like thermodynamic conditions, but wall temperature has been controlled to emulate characteristic values that could be found in the piston of an internal combustion engine. This implies that the spray¿wall heat transfer is simulated and its effects on ignition and spray development can be analyzed. Heat flux was measured by employing high-speed thermocouples fitted in the wall and by the use of an one-dimensional transient wall heat model. Three high speed cameras were simultaneously used to observe the SWI, one for the Schlieren optical technique which allows to study the vapor phase of the spray and to determine the ignition delay, another one to observe the natural luminosity of the flame, and finally, an intensified camera was used to determine the lift-off length by observing the chemiluminescence of the OH*. An interesting finding obtained in this work was a boundary layer formation due to the thermal diffusion that contributes to cool down the spray and to delay the high-temperature chemical reactions. Results show a substantial increment of the heat flux and the wall temperature variation with both ambient temperature and density by increasing the flame temperature and gas entrainment. The exposure to the cold wall affects the ignition delay variation with the injection pressure and the wall distance. It was found that the wall temperature (in the range of tested conditions) did not affect the lift-off length location