Riassunto analitico
Il principale obiettivo del presente lavoro di tesi è la modellazione numerica dell’iniezione di combustibile nei motori GDI (Gasoline Direct Injection): si tratta di motori ad accensione comandata caratterizzati dall’introduzione di benzina direttamente nel cilindro del motore, perciò la corretta simulazione del
processo di iniezione è fondamentale in quanto da esso deriva la corretta formazione
di miscela aria-combustibile che si genera quando il liquido interagisce
con la fase gassosa.
In particolare è stata effettuata un’ analisi 3D-CFD di due diversi spray GDI, con
lo scopo di capire come l’iter di simulazione numerica del processo di iniezione
sia influenzato dalle diverse condizioni operative (pressione nel cilindro nell’istante
in cui viene iniettato il combustibile, temperatura di iniezione, pressione
di iniezione e geometria del nozzle). Lo studio è stato reso possibile grazie
all’utilizzo di software appositamente sviluppati da CD-Adapco (Siemens): in
particolare, si è fatto uso dei software ES-ICE, STAR-CD e STARCCM+.
Nella prima parte del lavoro verrà fatta una breve spiegazione sulla fisica
degli spray e sulla loro modellazione in generale, per poi entrare nel dettaglio
ed analizzare i vari modelli presenti in STAR-CD.
Successivamente per entrambi gli spray sarà illustrato il setup di simulazione
CFD ottimale per avere un buon accordo tra i dati sperimentali ed i dati numerici,
focalizzandosi soprattutto sul modello di iniezione delle gocce,su quello
di break-up primario e di break-up secondario; verrà inoltre illustrato come è
possibile eseguire un’analisi interno iniettore in STARCCM+, e come da essa si
possono ottenere utili risultati da utilizzare poi in STAR-CD.
Nella parte finale del lavoro verranno illustrati i risultati ottenuti per i due
spray e verranno confrontati con i dati sperimentali a disposizione; in particolare sarà spiegata la sensibilità del modello di iniezione rispetto alle condizioni
operative dello spray, e si cercherà di dare un criterio di modellazione che abbia
validità generale.
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Abstract
The main objective of this thesis work is numerical modeling of fuel injection
in GDI (Gasoline Direct Injection) engines, namely spark ignition engines characterized
by the introduction of gasoline directly into the engine cylinder; the
correct simulation of the injection process is fundamental as it derives the correct
formation from it of air-fuel mixture that is generated when the liquid interacts
with the gaseous phase. In particular, a 3D-CFD analysis of two different GDI
sprays was performed, with the purpose of understanding how the numerical
simulation procedure of the injection process is influenced by the different operating
conditions (pressure in the cylinder in the instant in which fuel is injected,
injection temperature, pressure injection and nozzle geometry). The study was
made possible thanks the use of software specially developed by CD-Adapco
(Siemens): in particular, ES-ICE, STAR-CD and STARCCM software were used.
In the first part of the work a brief explanation on physics will be made of the
sprays and their modeling in general, and then go into detail and analyze the
various models in STAR-CD. Then the optimal simulation CFD setup will be
shown for both sprays to have a good agreement between the experimental data
and the numerical data, focusing mainly on the model of injection of the drops,
on that primary break-up and secondary break-up; it will also be illustrated as
it is possible to perform an internal injector analysis in STARCCM +, and as
per it they can get useful results to use then in STAR-CD. In the final part of
the work the results obtained for the two sprays will be illustrated and will be
compared with the experimental data available; in particular the sensitivity of
the injection model compared to operating conditions of the spray,and we will
try to give a modeling criterion that it has general validity.
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