Redondo Navarro, Álvaro Rafael

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Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids

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A study of the early life of Gasoline Particulate Filters: reactive and dissipative acoustic effects
(SAGE Publications, 2022-10) Torregrosa Huguet, Antonio José; Morena Borja, Joaquín de la; Sanchis Pacheco, Enrique José; Redondo Navarro, Álvaro Rafael; Servetto, Emanuele; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Politécnica Superior de Alcoy; Universitat Politècnica de València
[EN] The presence of after-treatment systems (ATS) has some side effects as they modify the wave dynamics, back-pressure and acoustic behavior of the exhaust system, that define the boundary conditions for the main silencing device. Gasoline particulate filters (GPF) have a considerable influence on these traits as their working principle depends on wall-flow monoliths; additionally, particulate filters have an inherent transient behavior due to the loading-regeneration cycles during their operation. In this paper, the steady and unsteady behavior of a typical device containing a three-way catalyst (TWC) and a GPF has been characterized in "new" (prior to any use) and "used" (after regeneration) conditions, with special focus on the role of dissipation. Pressure drop measurements were used in steady flow, whereas an acoustic energy balance was performed in the unsteady case that allows for the identification of the reactive and dissipative contributions. The results obtained for the GPF suggest that after it has been used for a relatively short time it oscillates between a maximum and a minimum loading over load¿regeneration cycles burning the soot, never reaching back brand¿new cleanness due to accumulation into the substrate pores and only suffering from ash accumulation over very long times. The results were then used to analyze the ability of a standard gas-dynamic code to reproduce the influence of the loading on the reactive and dissipative effects observed, with the main conclusion that by properly tuning the model parameters it is possible to reproduce, at least qualitatively, the trends observed in the experiments. The model can thus be used to provide adequate inlet conditions for the design of the exhaust line.
On the applicability of cold acoustic measurements to high-amplitude hot pulsating flows
(Springer-Verlag, 2023-03) Torregrosa Huguet, Antonio José; Piqueras Cabrera, Pedro; Sanchis Pacheco, Enrique José; Redondo Navarro, Álvaro Rafael; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Escuela Politécnica Superior de Alcoy; AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION; Universitat Politècnica de València
[EN] The experimental characterization of the acoustic characteristics of engine exhaust devices is usually carried out through measurements in cold conditions, due to the intrinsic difficulties associated with proper temperature control in an acoustic rig. While those measurements may be sufficiently indicative for the cold end of the exhaust (the silencing elements) their significance for the hot end (the aftertreatment system) is more doubtful, as a result of the high temperatures and, eventually, the higher amplitude of pressure waves acting on the system. In this paper, a direct assessment is provided on the significance of acoustic measurements in cold conditions for representing the actual behaviour of an aftertreatment system in a hot pulsating, engine-like flow. Making use of wave decomposition techniques, the measured characterization was convoluted with the hot-flow excitation and the device responses were directly compared. The results indicate that, while it is not possible to fully reproduce the behaviour observed in hot pulsating flow, the tendencies are reproduced, at least qualitatively. In particular, the effect of soot loading is fairly reproduced.
Acoustic and Fluid-Dynamic Characterization of State-of-the-Art Exhaust After-Treatment Systems
(Universitat Politècnica de València, 2023-06-26) Redondo Navarro, Álvaro Rafael; Torregrosa Huguet, Antonio José; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Universitat Politècnica de València
[ES] Las normativas sobre emisiones contaminantes y sonoras, cada vez más estrictas, han sido la principal motivación para la investigación, el desarrollo y la optimización de los motores de combustión y demás tecnologías relacionadas. Esta tendencia ha dado lugar a la introducción paulatina de sistemas de postratamiento para reducir las emisiones contaminantes provenientes de la automoción. Se emplearon diferentes enfoques experimentales y de modelado computacional para estudiar y caracterizar el comportamiento acústico y fluidodinámico de un conjunto diverso de sistemas de postratamiento, abarcando así una amplia gama de elementos y características representativos de las aplicaciones de postratamiento más avanzadas de uso comercial. La pérdida por transmisión y la caída de presión fueron seleccionadas como parámetros clave de estudio para cuantificar la atenuación acústica y la contrapresión generada por cada dispositivo. Para la caracterización experimental se utilizaron procedimientos de medición bien establecidos. Por su parte, para el modelado computacional se emplearon distintos enfoques de simulación, tales como el unidimensional, el CFD e incluso la co-simulación 1D-3D, siguiendo en la medida lo posible el concepto o principio "gemelos digitales", en programas comerciales con el objetivo de replicar los resultados experimentales, a fin de obtener información complementaria y ayudar a profundizar en la comprensión de los fenómenos internos, los efectos tridimensionales del flujo y los efectos acústicos. Previo a la caracterización minuciosa de los dispositivos, se verificó la validez y significancia de las medidas acústicas en condiciones frías como las que se iban a tomar, para representar los dispositivos respecto a sus condiciones reales de funcionamiento, es decir, expuestos a flujo caliente y pulsante como en el extremo caliente de las líneas de escape donde habitualmente se sitúan los sistemas de postratamiento. Una vez realizada esta validación. Comenzó se dio paso a la caracterización experimental, para cada sistema o dispositivo se registraron mediciones de caída de presión para un rango de caudales násicos, normalmente entre 0 y 800 kg/h. Del mismo modo, se efectuaron mediciones de pérdida de transmisión en condiciones de ausencia de flujo y con tres caudales masicos diferentes superpuestos, por lo general 100, 200 y 300 kg/h. La información producida, tras cierto post-procesamiento, análisis por descomposición y comparativo, sumado al uso del razonamiento inductivo fueron empleados para cuantificar y relacionar cada elemento con sus efectos. Adicionalmente otros temas fueron evaluados, como el cumplimiento de la propiedad aditiva en los resultados de caída de presión y pérdida por transmisión cuando varios dispositivos de postratamiento se disponen juntos formando un sistema, la importancia real de los dispositivos auxiliares que a menudo son pasados por alto , los cambios en los inicios de la vida útil de un dispositivo con filtro de partículas tipo GPF, las ventajas de realizar análisis por descomposición en los resultados de pérdida por transmisión, las capacidades de 1D y 3D CFD para producir información útil y los beneficios eventuales de la co-simulación 1D-3D. En conjunto, se elaboró una base de datos exhaustiva sobre la caída de presión y la pérdida de transmisión de los dispositivos y sistemas de postratamiento más avanzados. Las metodologías experimentales utilizadas, con su correspondiente posprocesado, demostraron ser adecuadas y producir información significativa. Especialmente tras la validación realizada con las mediciones acústicas en condiciones ambientales relativas a condiciones similares a las reales en el motor.
Assessment of the fluid-dynamic and acoustic behaviour of a swirl static mixer for after-treatment systems
(Elsevier, 2022-01-15) Torregrosa Huguet, Antonio José; Broatch Jacobi, Jaime Alberto; Quintero Igeño, Pedro Manuel; Redondo Navarro, Álvaro Rafael; Morin, F.; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids; Universitat Politècnica de València
[EN] An investigation on the acoustic transmission loss and the pressure drop caused by a mixer inducing element located downstream of a Diesel Exhaust Fluid (DEF) injection port was carried out in order to reduce the knowledge gap identified for this kind of after-treatment system elements. Transmission Loss measurements were performed at 4 mass flow rate conditions; 0, 100, 200 and 300 kg/h. Additionally, pressure drop measurements were registered for a range of mass flow rates, from 0 to 800 kg/h at steps of 50 kg/h, with similar flow and room temperatures. The post-processing and analysis included the application of a decomposition technique in the case of the transmission loss, which lead to understand the contribution of reflective and dissipative effects to the total attenuation. Reference results are provided for the particular geometry and kind of mixer element characterized, as well as the full extent of the results analysis and the insights of the decomposition analysis technique, and also different modelling possibilities have been explored. The conclusions indicate that, while usually overlooked, these devices may have a significant influence on the exhaust acoustics, mainly due to the influence of their presence on the attenuation of the after-treatment device as a whole. (C) 2021 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Experimental Characterization and Improved Modelling Methodology for Simple Geometry After-treatment Devices Focused on Pressure Drop and Transmission Loss
(Universitat Politècnica de València, 2021-01-13) Redondo Navarro, Álvaro Rafael; Torregrosa Huguet, Antonio José; Departamento de Máquinas y Motores Térmicos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño Industrial; Instituto Universitario de Investigación CMT - Clean Mobility & Thermofluids
[ES] Los modelos computacionales tienen potencial para ser empleados como estimadores del desempeño de nuevos dispositivos de postratamiento en varios aspectos, tales como la caída de presión y la perdida por transmisión, reduciendo así la necesidad de medidas experimentales, que pueden generar retrasos e incrementar costos durante las fases de diseño y prueba de nuevos sistemas de postratamiento para líneas de escape, optimizando así el proceso de diseño. Como un intento de sacar provecho a este potencial, se ha buscado una nueva metodología mejorada para modelar y evaluar sistemas de postratamiento, con buenos resultados en términos de caída de presión y pérdida por transmisión. La metodología seguida para esta investigación empieza por la caracterización experimental de los dispositivos a estudiar. A continuación, se preparan plantillas basadas en las instalaciones y procedimientos de los procesos experimentales de medida. Después, se desarrolla un estudio de sensibilidad para acotar los efectos sobre la caída de presión y la perdida por transmisión de los parámetros, configuraciones y elementos seleccionados del programa de modelado, para identificar los que son relevantes. Finalmente, se propone una metodología unívocamente definida para la construcción de modelos capaces de producir resultados tan confiables y acertados como los obtenidos de la medida experimental, usando los resultados experimentales como referencia y para validación. Este trabajo está concebido como el primer paso de un estudio más ambicioso, al limitar su alcance a dispositivos con una geometría simple, esto es, dispositivos con configuración geométrica recta, secciones de tubería concéntricas, elementos cónicos rectos, cavidades con elementos auxiliares comunes como inyectores y mezcladores, y únicamente monolitos de flujo directo. Esta elección se fundamenta en la experiencia de estudios previos desarrollados en el I.U CMT, en los cuales sólo se estudiaron sistemas con configuraciones geométricas realistas sin obtener resultados concluyentes. De hecho, los resultados experimentales no brindaban información suficiente sobre las eventuales fuentes de discrepancias observadas al comparar con los resultados de las simulaciones. Del componente experimental, todas las mediciones se realizaron con éxito, produciendo una base de datos representativa en dispositivos de postratamiento con configuración geométrica simple, con hallazgos interesantes acerca del comportamiento aditivo de la caída de presión y la perdida por transmisión al interconectar dispositivos, y la descomposición de la perdida por transmisión en dos contribuciones: reflectiva y disipativa. Por la parte del modelado, tras algunos ajustes para acomodar el procedimiento de medida de la perdida por transmisión a las opciones y capacidades del software, se consiguió desarrollar plantillas satisfactorias. Los resultados del estudio de sensibilidad permitieron definir el punto de partida para la metodología, que cual fue después complementada y probada durante el modelado de los dispositivos, del cual se obtuvieron resultados con buena correspondencia con los experimentales, con diferencias en caída de presión inferiores al 5% y curvas de perdida por transmisión similares a las experimentales dentro del rango de los 500 Hz y con tendencias apropiadamente representadas hasta los 1000 Hz. Como productos finales se obtuvieron: la última versión de la metodología, acompañada por instrucciones para la discretización de dispositivos, una lista de elementos recomendados para representar los componentes más comunes en sistemas de postratamiento y una serie de parámetros recomendados para calibración de los modelos, todos estos validados en dispositivos de geometría simple. El siguiente paso para continuar con el estudio más ambicioso antes mencionado sería el de extender el alcance y replicar las actividades aquí presentadas en sistem