Estudio computacional y experimental de toberas cavitantes y no cavitantes. Construcción de un modelo matemático para simular señales de medidas de tasa de inyección

Abstract

[EN] In this work, a computation simulation of internal flow from Spray C and Spray D, which were provided by ECN (Engine Combustion Network), has been studied. Spray C has been design to be susceptible for cavitation, meanwhile Spray D has a softer corner in order to avoid vapor bubbles. To validate this study, the results are compared with experimental values, as the mass flow rate, the momentum flux and flow coefficients. It has been used cavitatingFoam, an existing code from OpenFOAM, and a solver built in CMT (Centro de Motores Térmicos) named esaFoam. Besides this, internal and external flow of Spray A has been characterized adding a moving mesh in order to simulate the injector needle. Additionally, the multi-orifice Denso G4S diesel injector was studied using different test rigs, as a mass flow rate meter to measure this parameter, and a high-pressure high temperature vessel used to observe liquid and vapor penetration using Schlieren and Mie-Scattering techniques. Finally, a virtual injector model of last injector has been built in Matlab; with the purpose of simulating mass flow rate signals at different experimental conditions (injection pressure, chamber pressure, energizing time and duration time).

[ES] En el presente trabajo, un estudio computacional del flujo interno de las toberas Spray C y Spray D suministradas por el ECN (Engine Combustion Network) ha sido realizado. El Spray C ha sido diseñado para que el combustible sea más propenso a la cavitación, mientras que el Spray D tiene un radio de acuerdo significativo para evitar la aparición de burbujas en el orificio. Para validar el estudio, los resultados son comparados con valores experimentales, como el flujo másico, la cantidad de movimiento y coeficientes de flujo. Se ha utilizado el código numérico cavitatingFoam, proporcionado por OpenFoam, al igual que el código esaFoam construido por el CMT (Centro de Motores Térmicos). Además de esto, el flujo interno y externo del Spray A ha sido caracterizado utilizando el modelo esaFoam, y añadiendo una malla móvil para simular el movimiento de la aguja del inyector. Adicionalmente, el flujo externo del inyector diésel Denso G4S (con 9 orificios) fue estudiado utilizando distintas maquetas experimentales, como un tasímetro para medir tasas de inyección y ver el comportamiento de su señal, y una maqueta de alta presión y alta temperatura para visualizar la penetración líquida y la penetración de vapor utilizando las técnicas Schlieren y Mie-Scattering. Finalmente, un modelo virtual de inyección de este último inyector ha sido construido en Matlab para simular la señal de la tasa de inyección con una gran gama de condiciones experimentales (presión de inyección, presión de cámara, tiempo de excitación del inyector y duración de la inyección).