Riassunto analitico
I costi di sviluppo e validazione di nuove tecnologie nell'ambito dei motori a combustione interna sono tipicamente molto minori nel caso della simulazione CFD che nelle prove sperimentali al banco. Questa evidenza, congiuntamente al vantaggio proveniente dalla molto maggiore quantità di dati estrapolabili da una simulazione rispetto ad una prova sperimentale, costituisce il vantaggio competitivo della CFD e ne spiega la larga adozione in ambito motoristico. Nell'ottica delle nuove e sempre più stringenti norme anti-inquinamento, i produttori di auto sono alla costante ricerca di nuove soluzioni per abbattere gli inquinanti emessi allo scarico. In questo contesto si collocano le nuove e più efficienti strategie di gestione del limite di knock a pieno carico alternative al classico innalzamento del rapporto di equivalenza. La Turbulent Jet Ignition (TJI) è una delle più note soluzioni al problema ed è attualmente oggetto di studio e ricerca da parte dei costruttori di supercar. Sperimentazione e simulazione CFD sono in questo contesto in continua interazione reciproca ed è fondamentale, nel caso della CFD, individuare i possibili approcci a questi nuovi problemi esplorando in maniera sistematica tutti i limiti e le potenzialità offerte dai software come STAR-CCM+, utilizzato in questo lavoro. Il caso in oggetto riguarda la simulazione numerico sperimentale di un combustore TJI ad accesso ottico. In particolare, sono stati analizzati i modelli tipicamente usati nella pratica motoristica, nell'ottica di poter facilmente trasferire l'approccio usato per questo specifico caso ad un motore reale. In particolare, gli sforzi maggiori sono stati profusi verso i modelli di combustione, vista la complessa interazione di diversi fenomeni fisici e chimici che vi intervengono.
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Abstract
The costs of development and validation of new technologies for internal combustion engines are typically much lower for CFD simulation than for bench testing. This evidence, together with the advantage coming from the much larger amount of data that can be extracted from a simulation compared to an experimental test, constitutes the competitive advantage of CFD and explains its wide adoption in the automotive field. In view of the new and increasingly tight anti-pollution regulations, car manufacturers are constantly looking for new solutions to reduce the pollutants emitted at the exhaust. This is the context in which the new and more efficient strategies of knock limit management at full load are to be found, as alternatives to the classic increase in the equivalence ratio. Turbulent Jet Ignition (TJI) is one of the best known solutions to the problem and is currently the subject of study and research by supercar manufacturers. Experimentation and CFD simulation are in this context in continuous mutual interaction and it is essential, in the case of CFD, to identify possible approaches to these new problems exploring in a systematic way all the limits and potentialities offered by software such as STAR-CCM+, used in this work.
The current case concerns the numerical experimental simulation of a TJI combustor with optical access. In particular, models typically used in motoring practice have been analysed, in order to easily transfer the approach used for this specific case to a real engine. In particular, major efforts have been devoted to combustion models, given the complex interaction of different physical and chemical phenomena involved.
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