Aplicación de un modelo 1D de chorros a la predicción del autoencendido en condiciones de motores Diesel

Abstract

[ES] El modelado de chorros permite describir el comportamiento del combustible al ser inyectado en la cámara de combustión de los motores de encendido por compresión, con implicaciones importantes sobre las prestaciones y los contaminantes. Frente a las herramientas de cálculo tridimensional (3D) de la dinámica de fluidos computacional (CFD), de gran exactitud pero también de un coste computacional notable, el modelado unidimensional (1D) combina un coste computacional reducido, junto con un grado de predicción razonable. Ello los hace muy prácticos para cálculos sencillos de ingeniería en los que se busque la influencia de una variable paramétrica sobre el comportamiento del chorro. El presente proyecto pretende desarrollar una herramienta 1D ya existente, denominada DICOM, que predice el desarrollo del chorro de combustible en cuanto a los procesos de evaporación, mezcla y combustión. Dicha herramienta no era predictiva en cuanto al proceso de combustión, habiendo de introducir el usuario las variables que indicaban cuándo y dónde se iniciaba la combustión, esto es, el tiempo de autoencendido y la distancia de despegue de llama. El trabajo ha consistido en la implementación de una ecuación de transporte para la denominada variable de progreso que permite predecir ambos parámetros mediante una tabulación química. El documento describe la implementación realizada en el modelo. Una vez actualizado el modelo, se procede a realizar algunas simulaciones con el fin de poder calibrarlo, y validar que los cambios introducidos son los adecuados. Para ello se comparan los resultados de las simulaciones con otros obtenidos con datos experimentales.

[EN] Jets modeling allows describing the behaviour of the fuel when this one is injected into the combustion chamber of compression ignition engines, with important implications on performance and pollutants. Compared to computational fluid dynamics (CFD) threedimensional (3D) calculation tools, which are highly accurate but also have a significant computational cost, one-dimensional (1D) modeling combinesreduced computational cost with a reasonable level of prediction. This makes them very practical for simple engineering calculations in which the influence of a parametric variable on the behaviour of the jet is sought. This project aims to develop an existing 1D tool, called DICOM, which predicts the development of the fuel stream in terms of evaporation, mixing and combustion processes. This tool was not predictive in terms of the combustion process, having to introduce the user the variables that indicated when and where combustion began, that is, the time of start of the combustion and the “lift-off length”. The work has consisted in the implementation of a transport equation for the progress variable that allows predicting both parameters by means of a chemical tabulation. The document describes the implementation carried out in the model. Once the model has been updated, some simulations are carried out in order to calibrate it and validate that the changes introduced are the correct ones. To do this, the results of the simulations are compared with others obtained with experimental data.

[CA] El modelatge dedolls permet descriure el comportament del combustible quan s’injecta en la càmera de combustió dels motors d’ encesa per compresió, amb implicacions importants sobre les prestacions i els contaminants. Front a las ferramentes de càlcul tridimensional (3D) de la dinàmica de fluids computacional (CFD), de gran exactitud però també d’un cost computacional notable, el modelatge unidimensional (1D) combina un cost computacional reduït, junt amb un grau de predicció raonable. Això els fa molt pràctics per càlculs senzills d’ enginyeria en què es busque la influència d’ una variable paramètrica sobre el comportament del dolls. El present projecte pretén desenvolupar una ferramenta 1D ja existent, denominada DICOM, que prediu el desenvolupament del dollsde combustible pel que fa als processos d’ evaporació, mescla i combustió. Aquella ferramenta no era predictiva en quant al procés de combustió, introduint l’ usuari les variables que indicaven quan i on s’ iniciava la combustió, això és, el temps de autoencesa i la distància d’enlairament de la flama. El treball ha consistit en la implementació d’ una equació de transport per a la demominada variable de progrés que permet predir ambdós paràmetres mitjançant una tabulació química. El document descriu la implementació realitzada en el model. Una vegada actualitzat el model, es realitzen algunes simulacions amb el fi de poder calibrar-lo, i validar que els canvis introduïts són els adequats. Per fer això es comparen els resultats de les simulacions amb altres obtinguts amb dades experimentals.