Estudio de la atomización primaria en chorros de combustible mediante CFD

Abstract

[ES] En este Trabajo Fin de Máster se estudia la atomización primaria de varios chorros, con diferentes propiedades físicas, por medio de técnicas computacionales (CFD). El objetivo es obtener con detalle las características de cada chorro para poder compararlos y llegar a una mayor comprensión de los fenómenos que intervienen en el proceso de atomización. Para ello, se realizan distintas simulaciones mediante el método de simulación numérica directa (DNS), con la ayuda del código Paris Simulator. Los casos estudiados son chorros inyectados con un perfil de velocidad turbulento, obtenido previamente de una simulación Large Eddy Simulation (LES), con una velocidad nominal de 100 m/s. Sin embargo, cada caso tiene un número de Reynolds distinto, que se ha generado variando estratégicamente la viscosidad del fluido inicial (dodecano) en la introducción de las variables en las simulaciones. Los números de Reynolds de cada simulación son 5037.3, 9000 y 12420. Con los resultados obtenidos se comparan aspectos microscópicos del chorro como el tamaño de las gotas, la propagación de las gotas y la velocidad de las gotas, y aspectos macroscópicos del chorro como la longitud de rotura del núcleo, aspectos en los que la turbulencia juega un papel muy importante. Dada la falta de datos experimentales en el ámbito de la atomización primaria, las simulaciones se validan realizando un estudio de la turbulencia sobre un plano situado a cierta distancia del orificio de salida, de forma que se contrasta que la simulación cumple con la teoría para los flujos de lámina libre, y, además, se obtiene información relevante sobre la dimensión de las escalas turbulentas.

[EN] The objective is to obtain in detail the characteristics of each jet in order to be able to compare them and reach a better understanding of the phenomena that intervene in the atomization process. To do this, different simulations are carried out using the direct numerical simulation method (DNS), with the help of the Paris Simulator code. The cases studied are jets injected with a turbulent velocity profile, previously obtained from a Large Eddy Simulation (LES) simulation, with a nominal velocity of 100 m/s. However, each case has a different Reynolds number, which has been generated by strategically varying the viscosity of the initial fluid (dodecane) in the introduction of the variables in the simulations. The Reynolds numbers for each simulation are 5037 and 9000.