Riassunto analitico
Nell'ultimo periodo l'applicazione STAR-CCM+ In-Cylinder solution sta prendendo il posto del suo predecessore STAR-CD per l'analisi CFD dei processi interno cilindro. Lo studio oggetto di questa tesi è condotto utilizzando il nuovo software in modo che possa essere validato per applicazioni future. Si analizzano i vantaggi derivanti dall'interfaccia utente di facile utilizzo, ma anche gli attuali limiti di applicabilità e i possibili miglioramenti.
Lo studio si basa su dati sperimentali che vengono usati per validare la metodologia e il solutore CFD e possibilmente migliorare i risultati precedentemente ottenuti con il vecchio software, così come per confermare l'utilità della nuova applicazione In-Cylinder.
La tesi è svolta in collaborazione con Ferrari GT, che ha fornito i dati sperimentali su spray e combustione su cui si è reso possibile confrontare i risultati ottenuti tramite simulazione.
In particolare, si analizza un motore GDI ad alta potenza specifica, considerando un ciclo motore completo, con lo scopo di ottenere risultati di combustione coerenti con quelli sperimentali, possibilmente migliorando i risultati ottenuti con il precedente software STAR-CD. In primo luogo, viene condotta una campagna di simulazione spray in bomba calorimetrica, in modo da poter isolare il processo di iniezione. Questa prima fase permette di calibrare i parametri caratterizzanti lo spray per ottenere valori di SMD (Sauter Mean Diameter) e di penetrazione coerenti con le evidenze sperimentali.
Successivamente, si procede alla costruzione del modello interno cilindro: le condizioni iniziali e al contorno sono importate dal precedente software STAR-CD, così come le leggi di alzata della valvola e la geometria del modello. Si utilizzano quindi i parametri di iniezione ottenuti dalla precedente calibrazione. Infine, viene proposta un'analisi di sensibilità ai parametri di calibrazione del processo di combustione, che permette di evidenziare la dipendenza dei risultati dai molti coefficienti e parametri disponibili nei modelli utilizzati.
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Abstract
In the last few years STAR-CCM+ In-Cylinder solution is taking over its predecessor STAR-CD for the CFD simulation of in-cylinder processes. This study is conducted using the new software so that its use can be validated for future applications. Benefits of its user friendly interface are highlighted, as well as current limitations and possible improvements.
The study relies on experimental data to assess the validity and reliability of the solver and possibly improve results previously obtained with the old software, as well as to confirm the usefulness of the new In-Cylinder application.
The thesis is carried out in collaboration with Ferrari GT, which is the provider of experimental data on spray and combustion, against which simulation outcomes are compared.
A high specific power GDI engine is examined considering a complete engine cycle with the aim of obtaining combustion results consistent with the experimental ones, possibly improving the results obtained with the previous STAR-CD software. Firstly, a vessel is created and analyzed to focus on the injection phase. This first step consists of the calibration of the spray submodels and their parameters in order to obtain SMD (Sauter Mean Diameter) and spray penetration values consistent with the experimental ones.
Such step is then followed by the construction of the actual in-cylinder model: initial and boundary conditions are imported from the previous STAR-CD software along with the valve lift laws and model geometry. The spray parameters obtained from the previous vessel calibration are used. In the end, a final calibration of the combustion process is carried out, which allows to highlight the dependency of the results on the many combustion model coefficients.
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