Análisis computacional de la combustión de OMEx en condiciones de motores de encendido por compresión

Abstract

[ES] El uso de combustibles líquidos de origen renovable en motores de combustión es un ámbito de gran actividad actual en el sector del transporte, especialmente en aplicaciones en las que la autonomía del vehículo juega un papel decisivo. Se trata de combustibles obtenidos por algún proceso de síntesis químico que utiliza como una de sus sustancias de partida el hidrógeno. Este último puede ser producido a partir de hidrólisis del agua utilizando electricidad de origen potencialmente renovable.

En particular, el sector de los motores de encendido por compresión está llevando a cabo estudios detallados con OMEx (en inglés Oxymethylene diMethyl ethers), una familia de compuestos que pueden ser sintentizados con una eficiencia razonable y que tienen unas prestaciones adecuadas a este tipo de motores. El presente trabajo pretende comparar dos tipos de combustibles de esta familia mediante la aplicación de la dinámica de fluidos computaciona (CFD). Ambos combustibles son inyectados en una atmósfera con condiciones termodinámicas y de composición análogas a las que se dan en la cámara de combustión de un motor. Se comparan además una configuración de inyección de un motor de transporte pesado y uno de automoción mediante una modificación del diámetro de orificio. El alumno configurará y lanzará cálculos y realizará el post-procesado de una serie de casos con diferentes condiciones de funcionamiento, con el fin de comparar los cambios en el encendido y la estructura de llama al emplear los diferentes combustibles y diámetros de orificio. Los resultados del modelo se compararán con medidas experimentales, con el fin de analizar la capacidad predictiva del modelo.

[EN] The use of liquid fuels of renewable origin in combustion engines is an area of great current activity in the transport sector, especially in applications in which vehicle autonomy plays a decisive role. These are fuels obtained by a chemical synthesis process that uses hydrogen as one of its starting substances. The latter can be produced by hydrolysis of water using electricity of potentially renewable origin.

In particular, the compression ignition engine sector is carrying out detailed studies with OMEx (Oxymethylene diMethyl Ethers), a family of compounds that can be synthesized with reasonable efficiency and that have a performance suitable for this type of engine. The present work aims to compare two types of fuels from this family by applying computational fluid dynamics (CFD). Both fuels are injected into an atmosphere with thermodynamic and compositional conditions analogous to those found in the combustion chamber of an engine. An injection configuration of a heavy transport engine and an automotive engine is also compared by means of a modification of the orifice diameter. A number of cases have been setup, calculated and post-processed with different operating conditions, in order to compare the changes in ignition and flame structure when using different fuels and orifice diameters. The model results will be compared with experimental measurements in order to analyze the predictive capability of the model.