Presentazione semplificata

RelatoriChiar.mo Prof. Giuseppe PASCAZIOChiar.mo Prof. Marco TORRESI

LaureandoIlario DE VINCENZO

Ilario De Vincenzo Bari, 18 luglio 2011

MOTO VORTICOSO DI TUMBLINGIN UN MODELLO DI

CAMERA DI COMBUSTIONE

POLITECNICO DI BARIFACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA

TESI DI LAUREA IN

FLUIDODINAMICA


Obbiettivi della tesi

Riduzione incombusti;Minimizzazione post trattamento dei gas di scarico a valle del sistema mediante catalizzazione;Incremento delle prestazioni dei motori.

“Ottenere informazioni inerenti il campo di moto della carica fresca nel cilindro durante un ciclo motore”


Schema di processo

Crescita economica

… Oggi …abbattimento dei gas a valle del processo di

combustione

Aumento Inquinamento- CO2

- Incombusti- NOx

AGIRE A MONTE DEL PROCESSO

sfruttando la creazione di moti turbolenti dell’aria in

ingresso nella camera di combustione

Aumento dell’intensità dei moti vorticosi e del mescolamento al termine della corsa di compressione, favorendo e accelerando la successiva combustione


Campo di moto della carica nel cilindroIl movimento della carica nel cilindro di un motore a combustione interna è caratterizzato dalla presenza di moti secondari organizzati di tipo rotatorio; è in genere intervenendo su di essi che si cerca di favorire il processo di formazione della miscela e la combustione. SWIRL TUMBLE

SQUISH

La modalità con cui la carica fresca entra nel cilindro di un motore a combustione interna durante la fase di aspirazione e come essa evolve nella successiva fase di compressione ha una particolare influenza sulla propagazione del fronte di fiamma della successiva combustione


Campo di moto della carica nel cilindro

Miscele più magre

Miglior riciclo gas combusti

Riduzione inquinamento

Tecniche ottiche innovative:PIV (Particle Image Velocimetry)

Simulazioni fulidodinamiche mediante il software CFD

Sperimentazione in laboratorio

VALUTAZIONE DELL’ ACCURATEZZA

dei MODELLI DI CALCOLO UTILIZZATI

Profonda conoscenza del fenomeno ai fini futuri della sua ottimizzazione

TUMBLING

Forma cubica della camera; Pistone in alluminio; Sistema a ghigliottina: simula l’apertura e la chiusura delle valvole; Righello magnetico: misura dello spostamento istantaneo; Sistema PIV a doppia luce pulsata con emettitore laser Nd YAG; Sensicam sincronizzata con il PC e con gli impulsi laser: rilevazioni grafiche;Termocoppia tipo K: misura della temperatura.

La macchina utilizzata per la sperimentazione è stata realizzata presso l’Istituto di Meccanica dei Fluidi di Tolosa ed è destinata a mettere a fuoco lo sviluppo bidimensionale del vortice di tumble.


Presentazione del test sperimentale

Costituzione:


Simulazioni fluidodinamicheLe simulazioni del caso di prova sono state classificate secondo 3 criteri:

Presenza o meno del condotto di aspirazione

Risoluzione della griglia Modello di turbolenza

adottato

Rada 2 x 2 mm2

Media1 x 1 mm2

Fitta0.5 x 0.5 mm2

K-ε standard

RSM


Spostamento del cuore del vortice


Spostamento del cuore del vortice Θc=29.9°; xp=30 mm in ASPIRAZIONE

Θc=86.2°; xp=60 mm in ASPIRAZIONE

Θc=273.8°; xp=60 mm in COMPRESSIONE

Θc=360°; xp=25 mm in COMPRESSIONE, PMS

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 3600

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Angolo di manovella (deg)

Asci

ssa

vorti

ce (m

)


Simulazioni fluidodinamiche

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 3600

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

dati sperimentali Simulazione, k-epsilon, griglia radaSimulazione, k-epsilon, griglia molto fitta Simulazione, RSM, griglia fittaSimulazione, RSM, griglia fitta, condotto

Ord

inat

a v

ortic

e (m

)

Evoluzione dell’ascissa/ordinata del centro del vortice di tumble; confronto tra i dati sperimentali e quelli ricavati dalle simulazioni fluidodinamiche senza e con il condotto di aspirazione, utilizzando differenti risoluzioni della griglia di calcolo e diversi modelli di turbolenza.

Analisi indipendente dal grado di infittimento della

mesh

Il modello di turbolenza RSM, Reynolds Stress Model,

è il più indicato per la modellizzazione del

fenomeno

Presenza del condotto non particolarmente rilevante

PRIM

E CO

NCL

USI

ON

I


Conclusioni e sviluppi futuri

Rilevanza dell’anisotropia dei fenomeni turbolenti in camera di

combustione

Il modello di turbolenza RMS è l’unico in grado di simulare adeguatamente i

casi reali

Quantitativamente e occasionalmente le grandezze puntali risultano leggermente

sovrastimate

Simulazioni 3D

sviluppo di SISTEMI INNOVATIVI

che permettano di ridurre l’inquinamento

a monte della sua produzione

Studio dell’interazione dei

campi di moto della carica con il

processo di combustione


Vi ringrazio

per l’attenzio

ne

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