• benzina
• cavitazione
• euleriano
• iniettore
• vapore

Basse emissioni e basso consumo specifico, insieme a date richieste in termini di potenza, sono al giorno d’oggi i principali obiettivi dell’industria automobilistica. La necessità di rispettare leggi anti-inquinamento sempre più restrittive e l’aumento del prezzo del petrolio hanno portato i costruttori di auto a ricercare vie innovative per elevare l’efficienza del motore. Nell’ambito dei motori endotermici alternativi a benzina l’iniezione diretta è quindi divenuta sempre più popolare, sebbene non sia una tecnologia nuova ma conosciuta da almeno cinquant’anni: il suo elevato potenziale è semplicemente divenuto sempre più sfruttabile grazie al lavoro coordinato di un’elettronica sempre più avanzata.
L’alta efficienza, i bassi consumi ed emissioni, le elevate prestazioni e il ridotto rumore che essa può assicurare interessano la produzione di massa come quella sportiva.
In un impianto di iniezione GDI l’iniettore è il componente principale: esso inietta la benzina sotto forma di spray direttamente in camera di combustione. L’atomizzazione del combustibile risulta cruciale per il contenimento del consumo e delle emissioni, perciò si comprende come l’analisi dei fenomeni che avvengono all’interno dell’iniettore e che influenzano tale atomizzazione sia decisiva. La CFD è un potente strumento per compiere indagini di questo tipo, tanto che sono in corso molti studi di fluidodinamica computazionale dedicati all’ottimizzazione del flusso di benzina tanto all’interno del nozzle dell’iniettore quanto nell’interno cilindro.
Questo lavoro si inserisce nell’ambito appena descritto, focalizzandosi proprio sui fenomeni che avvengono all’interno del nozzle e in particolare su quelli riguardanti la cavitazione della benzina nelle applicazioni ad alta pressione. Attraverso il codice commerciale STAR-CCM+ di CD-ADAPCO sono state condotte numerose studi euleriani su diversi domini di calcolo, tutti rivolti a testare il comportamento del modello euleriano di cavitazione disponibile in tale software.
Partendo da un background di prove sperimentali si è dapprima ricercata una metodologia che permetta di condurre correttamente il calcolo su un iniettore monoforo. In seguito, nel Capitolo 6, si è effettuato lo studio della sensibilità alla griglia su un modello semplificato, traendo conclusioni sulla dimensione di cella di griglia Trimmed che conviene utilizzare. Nello stesso capitolo sono state poi effettuate altre numerose prove volte ad indagare il comportamento del modello di cavitazione in caso di griglia Polyhedral e Trimmed di diverse dimensioni medie, di aumento della pressione, di diversi modelli di turbolenza e in caso di inserimento di Field functions per la variazione di proprietà in funzione della temperatura. Infine, nel capitolo 7, sono state condotte simulazioni con diverse coppie pressione di iniezione/alzata riguardanti un iniettore multiforo, applicando le conclusioni tratte nei precedenti capitoli e ottenendo interessanti esiti.
I risultati di questo studio possono essere dedicati alla ricerca di condizioni iniziali per modelli di breakup primario e secondario dello spray interno iniettore, permettendo così di evitare di modellare il flusso interno iniettore in termini di portata, turbolenza e frazione di vapore.

Low emissions and low specific fuel consumption, along with requested power, are nowadays the main goals of the automotive industry. The need to comply with more and more restrictive anti-pollution laws and the increase in oil price have led the car manufacturers to seek innovative ways to maximize the efficiency of the engine. In the area of internal combustion engines, gasoline direct injection has become increasingly popular, although it is not a new technology but has been known for at least fifty years. Its high potential simply became more and more usable due to the coordinated work of more advanced electronics. High efficiency, low fuel consumption and emissions, high performance and low noise that GDI can ensure are alluring aspects for mass production as for motorsport. In a GDI system the injector is the main component: it injects gasoline in a form of spray directly into the combustion chamber. The atomization of the fuel is crucial for the containment of fuel consumption and emissions, so it is understandable that the analysis of the phenomena that take place inside the injector, influencing the atomization, is decisive. CFD is a powerful tool to carry out these investigations, so many studies are being devoted to optimize, with the help of CFD, gas flows inside the nozzle of the injector as much as inside the cylinder. This work fits in the described context, focusing on the phenomena that take place inside the nozzle, and in particular those relating to cavitation of fuel in high-pressure applications. Through the commercial code STAR-CCM + by CD-ADAPCO numerous studies of Eulerian calculation have been conducted on different domains, all aimed at testing the behavior of the Eulerian model of cavitation available in this software. Starting from a background of experimental tests, the methodology that allows to conduct the calculation of a single hole injector properly was sought. Later, in Chapter 6, grid sensitivity analysis was carried out on a simplified model, drawing conclusions of the size of a Trimmed cell mesh that should be used. In the same chapter a number of other tests were also carried out. All of them were aimed at investigating the behavior of the cavitation model switching to Polyhedral grid and to different sized Trimmed grid; or in case of pressure increase or of different turbulence models; and in case of insertion of Field functions to vary properties as function of temperature. Finally, in Chapter 7, simulations were conducted with different pairs of injection pressure/lift on a multi-hole injector, by applying the conclusions drawn in the previous chapters and obtaining interesting results. The results of this study can be used to obtain initial conditions for models of primary and secondary breakup of the spray in internal injector, thus allowing to avoid modeling the internal flows in terms of flow rate, turbulence and fraction of vapor.