Estudio computacional del movimiento del aire en el interior de un motor diésel transparente de investigación

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Final de Máster se ha llevado a cabo un análisis computacional con el objetivo de estudiar el movimiento del aire en el interior de un motor diésel disponible en las instalaciones del Instituto Universitario de Investigación CMT-Motores Térmicos. El estudio del movimiento del aire en el interior del cilindro de un Motor de Combustión Interna Alternativo (MCIA) despierta un interés considerable en el sector automovilístico debido a que afecta al proceso de combustión y por tanto, a la emisión de gases contaminantes y al consumo de combustible. Existen una gran variedad de técnicas para determinar la evolución del flujo en el interior de un motor, pero en términos generales se pueden distinguir dos metodologías principales: la experimentación y el modelado teórico. En este proyecto, la técnica experimental utilizada para la medición del campo de velocidades en el cilindro ha sido la Velocimetría de Imagen de Partículas (PIV). Además, también se mide la presión instantánea en el interior del cilindro y en los conductos de admisión y escape. Por otro lado, el modelado teórico se ha llevado a cabo con una simulación CFD tridimensional del motor monocilíndrico, mediante la utilización del software Converge Studio. Dada la reciente instalación del motor en el banco de ensayos, ha sido necesario validar su correcto funcionamiento y adecuada toma de datos mediante la comparación de los resultados obtenidos experimental y computacionalmente. Se confrontan las variables relacionadas con la termodinámica y los resultados asociados al movimiento turbulento del aire en el interior del motor. Todo esto se ha sido realizado para las tres tipologías de pistón propuestas, pudiendo observar los efectos de la geometría del pistón en la evolución e intensidad de las estructuras turbulentas.

[EN] In the present Final Project of Master it has being done a computacional analysis with the aim of studing the air movement inside a diesel engine available in the facilities of University Institute of Research CMT-Motores Térmicos. The study about air movement inside a cylinder of internal combustion engine is of interest in automotive sector because it has effects in combustion process, so it is related with pollution and fuel consumption. There are a wide variety of techniques to determine flux development inside the engine, but in general terms it can be distinguished two main methodologies: experimentation and theoretical modeling. In his project, it has been used as experimental technique Particle Image Velocimetry (PIV) to measure velocity field in the cylinder. Furthermore, instantaneous pressure is measured inside the cylinder and intake and exhaust lines. On the other hand, theoretical modeling has been done through a three-dimensional CFD simulation of a single-cylinder engine, using Converge Studio software. Due to the recent installation of the engine in the test bench, it will be necessary to prove accurate performance and right data acquisition via comparison of experimental and computational results. Thermodynamics variables and results related with turbulent movement of air are compared. This process has been repeated for three kinds of piston, noticing the effects on evolution and intensity of turbulent structures.