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In questa tesi viene presentato lo sviluppo di una nuova metodologia CFD per simulazioni di flusso di motori a combustione interna. Lo scopo del lavoro è quello di sviluppare un metodo idoneo all’utilizzo industriale, basato sull’impiego di Xmesh, il software per la generazione di mesh cartesiane di ICE recentemente introdotto da CD-adapco. L'impiego di una mesh cartesiana, al posto di una di tipo body-fitted, dovrebbe garantire una riduzione dei costi computazionali in Star-CD, con un aumento della qualità delle celle ed un aumento nella facilitá d’uso del software. Grande attenzione è stata quindi posta nel confronto dei risultati CFD ottenuti con I dati sperimentali proveniente dall’analisi di tipo PIV (Particle Image Velocimetry) condotta sul corrispondente modello ottico del motore oggetto dello studio. Dopo una breve introduzione al lavoro e al relativo background teorico, nel capitolo 4 si propone una dettagliata descrizione del processo di generazione della mesh impiegato e del set-up utilizzato per la simulazione. La differenza principale tra il vecchio metodo, basato sull'uso di griglie body-fitted, ed il nuovo consiste semplicemente nella struttura della mesh, a questa si aggiunge un profondo cambiamento nella procedura software da seguire e nell’organizzazione dei file del modello che, sebbene rappresentino aspetti fondamentali in ambito industriale, non verranno qui analizzati. Il Capitolo 5 é dedicato alla presentazione dei risultati ottenuti con la nuova metodologia; essi vengono confrontati con quelli ottenuti usando la vecchia metodologia CFD e con le misurazioni al motore ottico, al fine di convalidare il metodo Xmesh e stabilire se l'uso di una mesh cartesiana porti ad un miglioramento nella qualitá delle soluzioni. Attraverso questa prima analisi si puó notare un miglioramento nella qualità delle soluzione da parte delle simulazioni Xmesh-based, che si concretizza in una maggiore coerenza con le misure PIV rispetto a quanto ottenuto con una mesh body-fitted. Uno studio più approfondito sui risultati CFD mette in luce alcune importanti differenze nella ditribuzione del flusso di massa attorno le valvole di aspirazione e nella soluzione del campo di moto all'interno dei canali di aspirazione, le quali possono essere considerate alla base delle divergenze osservabili tra risultati prodotti dalle due metodologie. A completamento dell’analisi, si é studiato l'effetto sui risultati Xmesh di alcuni dei parametri CFD piú importanti, quali lo spessore del prism layer e il modello di turbolenza. La metodologia proposta ha dunque permesso di migliorare la qualità delle soluzioni per simulazioni di flusso eseguite per diversi punti operativi, mantenendo pressoché invariato il costo computazionale necessario. La stessa si è rivelata adatto a promettenti sviluppi futuri, tra i quali l'implementazione di un modello di iniezione. Bisogna inoltre osservare come Xmesh sia un software ancora alle prime fasi di sviluppo, rendendol possibile l’introduzione di ulteriori miglioramenti da parte di CD-adapco.

In this thesis the development of a new Computational Fluid Dynamics methodology for in-cylinder flow simulations of internal combustion engines is presented. The aim of the work is to develop a suitable methodology for industrial use, based on the use of XMESH, the cartesian mesher for ICE recently introduced by CD-Adapco. The employment of a cartesian mesh, instead of a body fitted one, should ensure a reduction of the computational costs of simulations performed using Star-CD, with an increase in mesh quality and software ease of use. A big emphasis is placed on the comparison of the proposed CFD models with experimental data obtained through a Particle Image Velocimetry investigation of an optical engine. After a brief introduction to the work and to its theoretical background, in Chapter 4 a detailed overview on the meshing process employed and on the simulations set-up is proposed. The main difference between the old method based on the use of a trimmed mesh and the new one consists in the mesh structure, in addition to a deep change in the software procedure and model files structure which, though they are also fundamental features in an industrial environment, are not mentioned here. In Chapter 5 results obtained with the new methodology are compared to those obtained using a trimmed mesh and to the optical engine measurements, in order to validate the Xmesh method and to establish if the use of a cartesian mesh has a positive effect on the CFD solution quality. This first analysis pointed out an improvement in solution quality by Xmesh-based simulations, showing a better agreement to PIV measures than trim-based ones. A deeper study on CFD results highlighted some visible differences in the mass flow over valves distribution and in the motion field solution inside the intake port, which can be considered the basis of divergences between results produced by the two methodologies. For sake of completeness, also the effect on the Xmesh-based results of some core CFD parameters, such as prism layer thickness and turbulence model, was investigated. The proposed Xmesh methodology allowed to improve the solution quality of flow simulations performed on a 4-strokes single-cylinder engine at different operating points, keeping almost unchanged the computational time needed. At the same time it proved to be suitable for promising future developments, fist of all the implementation of an injection model. Moreover, the Xmesh software is still in its early stages, and further improvements could be provided by Cd-Adapco.