Analysis of the combustion process in a compression engine fueled with oxymethylene ether (e-fules) by means of CFD

Abstract

[ES] El trabajo se centra en el análisis del proceso de combustión en el interior de un cilindro de un motor de encendido por compresión. El motor se alimenta con combustibles sintéticos producidos a partir de fuentes renovables, que tienen propiedades físicas y químicas similares a las de un combustible fósil convencional. La ventaja de estos combustibles (denominados e-fuels) es que producen emisiones de hollín casi nulas. Como contrapartida, reducen la eficiencia del sistema, ya que tienen menor poder calorífico. Se analizará el sistema para superar este inconveniente, recuperando en la medida de lo posible el rendimiento térmico, mediante herramientas CFD combinadas con un estudio paramétrico. En concreto, los combustibles analizados serán dos tipos de Oximetileter (OME-3 y OME-4). Además, estos combustibles tienden a incrementar las emisiones contaminantes de NOx. Como segundo paso del trabajo, nos centraremos en una estrategia para minimizar la formación de NOx, adaptando la concentración de N2 de la masa de aire atrapada en el cilindro. El trabajo se realizará con código OpenFoam, y el postprocesado de los resultados se realiza con Scripts de Matlab y Python, junto con la interfaz ParaView.

[EN] The work is centered on the analysis of the combustion process inside a cylinder of a compression ignition engine. The engine is fueled with promising synthetic fuels produced from renewable sources, which have similar physical and chemical properties than a conventional fossil fuel. The advantage of these fuels (so-called e-fuels) is that they produce negligeable soot particles emission. On the counterpart, they reduce the efficiency of the system, since they have lower heating value. The system will be analyzed to overcome this drawback, recovering as much as possible the thermal efficiency, by means of CFD tools combined with a parametric study. Specifically, the analyzed fuels will be two types of oxymethylene ether (OME-3 and OME-4). Besides, these fuels tend to increase the NOx pollutant emissions. As a second step of the work, we will focus on a strategy to minimize the NOx formation, adapting the N2 concentration of the air mass trapped in the cylinder. The work will be performed with OpenFoam code, and the postprocessing of the results are done with Matlab and Python Scripts, together with the ParaView interface. The Master Student will learn how to configure the CFD cases, run the simulations and analyze the results with the aforementioned codes.