Riassunto analitico
Lo sviluppo ed il potenziamento dei motori a combustione interna odierni passa obbligatoriamente attraverso la simulazione CFD, tale passaggio consente di abbattere i costi di sviluppo e progettazione. In quest'ottica risulta di vitale importanza avere un solutore efficace ed efficiente, che quindi risolva nel modo più fedelmente possibile i campi di moto ed al contempo richieda tempi di setting e di calcolo della simulazione ridotti. Scopo dell'elaborato è quindi la validazione dell'ultimo solutore per simulazioni CFD-3D in ambito motoristico, STAR-ICE, prodotto dalla Siemens. Il lavoro di validazione si basa sulla comparazione dei risultati ottenuti tramite diversi solutori CFD-3D con quelli ottenuti sperimentalmente al banco prova. Al fine di avere un confronto quanto più equo possibile si è deciso di svolgere un'analisi multi ciclo con diversi solutori, così facendo è possibile prendere in considerazione la variabilità ciclica che influenza fortemente il funzionamento di un motore. La variabilità ciclica, anche detta dispersione ciclica, limita fortemente il punto di funzionamento del motore, infatti, ad esempio, l'anticipo di accensione viene impostato basandosi su un ciclo di funzionamento medio del motore e questo compromette sia le prestazioni assolute che il consumo specifico del motore. Il motore in alcuni cicli funzionerà meglio che in altri, dove ad esempio potrebbe insorgere il problema della detonazione, oppure potremmo avere combustioni lente che provocano un calo del rendimento termodinamico del motore., tali condizioni sono certamente da evitare. Alcuni studi affermano che una diminuzione del 10% della dispersione ciclica comporta un significativo aumento del rendimento globale con evidenti benefici sul consumo specifico e quindi una diminuzione delle emissioni inquinanti che sembra essere il cardine per lo sviluppo dei motori odierni. Dato che le dinamiche della variabilità ciclica sono fortemente instazionarie, per studiarle bisogna utilizzare un modello di turbolenza che permetta la rappresentazione accurata di fenomeni e strutture non stazionare, lavoro egregiamente svolto dai modelli di tipo LES (Large Eddy Simulation). L'analisi è stata svolta su un motore realmente esistente, il TCC-III della General Motors. Si tratta di un motore ad accesso ottico creato per un progetto di ricerca condotto nel Automotive Cooperative Research Laboratory, Engine Systems Division della Michigan University. I dati sperimentali sono stati resi pubblici, quindi abbiamo quindi ricavato un ciclo medio dai dati sperimentali, di 240 cicli in condizioni motored, con cui confrontare il ciclo medio ottenuto da 50 cicli con i diversi solutori CFD-3D. Oltre il confronto del ciclo medio, data la presenza dei dati PIV del motore sperimentale, verranno confrontati i campi di moto del ciclo medio a vari angoli di manovella e nei diversi piani del dominio fluido (i piani della PIV).
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