Estudio OD de la turbulencia en un sistema de encendido provocado por pre-cámara mediante el uso de una máquina de expansión de compresión rápida

Abstract

[ES] El sistema de encendido provocado por pre-cámara es un concepto prometedor para una combustión de alto rendimiento. En dicho sistema la cámara de combustión está dividida en dos zonas: la pre-cámara y la cámara principal que se comunican entre sí a través de orificios calibrados. La pre-cámara se compone de un pequeño volumen en el que se produce el inicio de la combustión. Los radicales activos se transfieren a la cámara principal quemando la carga fresca presente en el cilindro. En este sistema desempeña un papel fundamental el nivel de turbulencia desarrollado en pre-cámara debido a los procesos de llenado y vaciado entre las dos cámaras. Tras un período inicial de aprendizaje, el candidato implementará un modelo de turbulencia 0D k-epsilon mediante el software Matlab, evaluando la influencia de los parámetros principales que afectan el fenómeno. Los resultados obtenidos serán validados con simulaciones CFD 3D obtenidas mediante el uso de CONVERGE.

[EN] Due to the growing problem of polluting emissions faced by combustion engines and therefore the need of reduce them, there are numerous lines of research that aim to achieve this reduction. The ignition engines caused by prechamber are one of those lines, more specifically TJI (Turbulent Jet Ignition) engines that get similar performance than a conventional engine with a lower amount of fuel, which leads to a better efficiency. Nowadays this type of engines is only used in high performance engines and in competitions. The objective of this study was to model and quantify heat losses in the prechamber using a rapid compression and expansion machine. For that we have used a 0D model based on the turbulence cascade K - k - ϵ. The 0D model of turbulence has been adjusted from simulations that have been carried out in CFD with the Converge software for both geometries that we are going to study, with and without swirl movement. On the adjusted model, both heat losses and heat release have been quantified. In first place, heat losses in prechamber have been modeled in experimental drag tests and later with combustion, in both cases with the different prechamber geometries that we are going to study.

[CA] A causa de creixent problema d’emissions contaminants al que s’enfronten el motors de combustió, i per tant la necessitat de reduir-les, existeixen nombroses línies d’investigació que tenen com a fi aconseguir aquesta reducció. Els motors d’encès provocat per precàmera son una d’aquestes línies, mes concretament els motors TJI (Turbulent Jet Ignition), que aconsegueixen prestacions semblants a les d’un motor convencional amb una quantitat menor de combustible, el que ens porta a un millor rendiment. A dia de hui aquest tipus de motors sols s’utilitza en motors d’altes prestacions. El objectiu d’aquest estudi ha sigut modelar y quantificar las pèrdues de calor en la precàmera mitjançant una màquina de compressió y expansió ràpida. Per això s’ha emprat un model 0D basat en la cascada de turbulència K - k - ϵ. El model de turbulència 0D s’ha ajustat a partir de les simulacions que s’han realitzat en CFD amb el software Converge per a les dues geometries de precàmera que es van a estudiar, amb i sense swirl. Sobre el model ajustat s’ha passat a quantificar tant les pèrdues de calor com l’alliberació de calor. En primer lloc, s’han modelat les pèrdues de calor en la precàmera sobre assajos experimentals d’arrossegament i posteriorment amb combustió, en ambdós casos amb les diferents geometries de precàmera de les que disposem.