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Development of CFD model for the study of the potential of oxymethylene ethers for soot reduction in medium duty compression ignition engines

RiuNet: Institutional repository of the Polithecnic University of Valencia

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Development of CFD model for the study of the potential of oxymethylene ethers for soot reduction in medium duty compression ignition engines

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dc.contributor.advisor Micó Reche, Carlos es_ES
dc.contributor.author Khalid, Usama Bin es_ES
dc.date.accessioned 2022-10-27T12:37:12Z
dc.date.available 2022-10-27T12:37:12Z
dc.date.created 2022-09-29
dc.date.issued 2022-10-27 es_ES
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10251/188854
dc.description.abstract [ES] La reducción de la huella de carbono de los motores de combustión interna y de las emisiones contaminantes es imprescindible para la supervivencia de esta tecnología, especialmente para vehículos medianos y pesados. En este sentido, los ¿e-fuels¿ (también denominados combustibles sintéticos) se consideran como una alternativa con potencial para lograr esta reducción e incluso mitigar de forma notable la huella de carbono en los motores de encendido por compresión (CI). Entre varios tipos de ¿e-fuels¿, los éteres de oximetileno (OMEX) destacan por su baja formación de hollín. Sin embargo, la complejidad de sus propiedades físicas y químicas dificulta su uso en motores convencionales. El objetivo de este trabajo es desarrollar un modelo de Dinámica de Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamic, CFD) para investigar el efecto de la estequiometría de los OMEX en la combustión dentro del cilindro y la formación de contaminantes cuando se mezcla con diésel fósil. El modelo se basa en un motor CI de vehículos medianos y se ha desarrollado con el software CONVERGE CFD. Los datos experimentales, recopilados del motor óptico basado en la misma geometría, se utilizan para ajustar los diferentes submodelos y validar los resultados de la simulación numérica. En una primera aproximación, se evalúan diferentes mecanismos de reacción que se pueden encontrar en la literatura para identificar el más adecuado, utilizando n-heptano como sustituto del diésel fósil y OME3 como sustituto de los OMEX. En un segundo enfoque, se desarrolla un mecanismo de reacción reducido para simular la combustión de mezclas de OMEX y diésel fósil con combustibles de sustitución más complejos que los anteriores, que reproducrián con mayor precisión el comportamiento de los originales. Las simulaciones numéricas resaltan las diferencias en términos de los niveles de relación aire/combustible que se alcanza al variar el contenido del ¿e-fuel¿ en las mezcla. Por lo tanto, el proceso de combustión es más rápido y la formación de hollín se reduce drásticamente cuando el contenido de éteres de oximetileno es superior al 30%. Esto hace que estas mezclas sean interesantes para reducir el conocido balance hollín-NOX de los motores de encendido por compresión. es_ES
dc.description.abstract [EN] The reduction of the carbon footprint of internal combustion engines and the pollutant emissions is mandatory for the survival of this technology especially for medium and heavy duty. In this sense, e-fuels (also termed as synthetic fuels) are considered as a potential pathway to achieve this reduction and even a remarkable carbon footprint mitigation in compression ignition (CI) engines. Among numerous e-fuels, oxymethylene ethers (OMEX) stand out because of their low soot formation characteristics. However, the complexity of their physical and chemical properties makes it a challenge to be used in conventional engines. The aim of this work is to develop a Computation Fluid Dynamic (CFD) model to investigate the effect of the stoichiometry of OMEX on the in-cylinder combustion behavior and the pollutant formation when blended with fossil Diesel. The model is based on a medium duty CI engine and has been developed with the software CONVERGE CFD. Experimental data, gathered from optical engine based on the same geometry, is used to adjust the different sub-models, and validate numerical simulation results. In a first approach, different reaction mechanism that can be found in the literature were evaluated to identify the most appropriate one, using n-heptane as the fossil diesel surrogate and OME3 as the OMEX surrogate. In a second approach, a reduced reaction mechanism is developed to simulate the combustion of OMEX ¿ fossil diesel blends with more complex surrogate fuels, that could reproduce with more accuracy the behavior of the orginals. The numerical simulations highlight the differences in terms of equivalence ratio fields achieved when varying the e-fuel content in the blend. Therefore, the combustion process is faster, and the soot formation is drastically reduced when the oxymethylene ethers content is above 30%. This makes these blends interesting to reduce the well-known soot-NOx trade off of compression ignition engines. es_ES
dc.format.extent 30 es_ES
dc.language Inglés es_ES
dc.publisher Universitat Politècnica de València es_ES
dc.rights Reconocimiento (by) es_ES
dc.subject Dinámica de fluidos computacional es_ES
dc.subject Motor de encendido por compresión es_ES
dc.subject Éteres de oximetileno es_ES
dc.subject Combustible sintético es_ES
dc.subject Hollín es_ES
dc.subject Computational fluid dynamics es_ES
dc.subject Oxymethylene Ether es_ES
dc.subject Synthetic fuel es_ES
dc.subject Soot es_ES
dc.subject Compression ignition engine es_ES
dc.subject.classification MAQUINAS Y MOTORES TERMICOS es_ES
dc.subject.other Máster Universitario en Motores de Combustión Interna Alternativos-Màster Universitari en Motors de Combustió Interna Alternatius es_ES
dc.title Development of CFD model for the study of the potential of oxymethylene ethers for soot reduction in medium duty compression ignition engines es_ES
dc.title.alternative Desarrollo de un modelo CFD para el estudio del potencial de los éteres de oximetileno para la reducción de la formación de hollín en motores de encendido por compresión de media carga es_ES
dc.title.alternative Desenvolupament d un model CFD per a l estudi del potencial dels eters d oximetilè per a la reducción de la formación de sutge en motors d encesa per compressió de càrrega mitjana es_ES
dc.type Tesis de máster es_ES
dc.rights.accessRights Abierto es_ES
dc.contributor.affiliation Universitat Politècnica de València. Departamento de Máquinas y Motores Térmicos - Departament de Màquines i Motors Tèrmics es_ES
dc.description.bibliographicCitation Khalid, UB. (2022). Development of CFD model for the study of the potential of oxymethylene ethers for soot reduction in medium duty compression ignition engines. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/188854 es_ES
dc.description.accrualMethod TFGM es_ES
dc.relation.pasarela TFGM\149347 es_ES


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