Desarrollo de un modelo cuasi-3D no lineal para modelado de sistemas de renovación de la carga en motores

Abstract

[EN] Internal combustion engine modelling has proven to be an important tool in the design of manifolds and silencers. For some parts, 1D models would usually fail to predict the high frequency behaviour of modern manifold designs or complex-shaped silencing systems. Complete 3D models are able to account for transversal modes and other non-1D phenomena, but at a high computational cost. In this document, the development and application of a time-domain non-linear quasi-3D model approach is described, whose computational cost is relatively low but still providing an accurate description of the high frequency behaviour of the elements considered. The model developed makes use of a non-linear second order time and space discretization, based on finite volumes. Also, a Flow Corrected Transport technique developed for 1D meshes has been adapted to the quasi-3D method in order to achieve convergence and avoid numerical dispersion. The system considered for the mode validation consists of a simple box-shaped muffler with a single impulse boundary condition imposed upstream of the system. The results have been compared with experimental measurements.

[ES] El modelado de motores de combustión interna alternativo ha demostrado ser una herramienta importante en el diseño de colectores y silenciadores. Para algunas partes, un modelo 1D suele no ser capaz de predecir el comportamiento a alta frecuencia de diseños modernos de colectores o silenciadores de forma compleja. Los modelos 3D son capaces de considerar modos transversales y otros fenómenos 3D, pero con un alto coste computacional. En este documento se describe el desarrollo de una aplicación cuasi-3D no lineal en dominio tiempo, cuyo coste computacional es relativamente bajo pero proporciona una descripción precisa del comportamiento en alta frecuencia de los elementos considerados. El desarrollo del modelo usa una discretización no lineal de segundo orden en espacio y tiempo, basado en volúmenes finitos. También se ha adaptado una técnica de corrección de flujo (FCT) desarrollada para mallas 1D para conseguir la convergencia y evitar dispersión numérica. El sistema considerado para la validación del modelo consiste en un silenciador simple con forma de caja con un solo impulso como condición de contorno impuesta aguas arriba del sistema. Los resultados han sido comparados con medidas experimentales