Riassunto analitico
L’ obiettivo di questo lavoro di tesi è di raccogliere quante più informazioni possibile sui meccanismi responsabili delle emissioni dei GDI, fornendo una panoramica di tutti i modelli computazionali, precedentemente formulati nello studio delle emissioni dei motori Diesel, che possano essere adattabili alla modellazione delle emissioni dei GDI e di fare una comparazione tra questi. Il presente lavoro di tesi ha come oggetto principalmente lo studio delle emissioni di particolato e l’applicabilità dei modelli formulati per i motori Diesel a quelli GDI . Parallelamente ad un continuo studio delle informazioni trovate in letteratura, è stata condotta una campagna di simulazione 3D CFD di simulazioni interno cilindro tramite il software 〖STAR-CD〗^® , al fine di testare i modelli di emissione di 〖NO〗_X e particolato. I risultati ottenuti dalle simulazioni hanno permesso di confrontare, qualitativamente, i diversi modelli e, allo stesso tempo, di comparare quantitativamente la predizione di ciascuno con i dati sperimentali reali. Inoltre, sono state effettuate centinaia di simulazioni su domini più semplici, appositamente creati per studiare il comportamento dei diversi modelli di emissione di 〖NO〗_X e particolato. I risultati ottenuti nei casi semplificati sono risultati essere la chiave per comprendere a pieno il comportamento dei modelli di emissione nel caso molto più complesso del motore reale, oggetto dello studio. Per quanto riguarda il caso del motore reale, è stata utilizzato un dominio geometrico a camera completa. E’ comunemente accettato che il principale responsabile delle emissioni di 〖NO〗_X nei motori a combustione interna, di ogni tipo, sia il meccanismo di decomposizione termica chiamato Zeldovich-3step. Oltre a questo, altri due meccanismi sono generalmente riportati come responsabili per la produzione di 〖NO〗_X, ossia, Prompt 〖NO〗_X e Fuel 〖NO〗_X. Grazie ad una campagna di simulazioni condotte su un dominio semplificato e sulla geometria del motore reale, si è dimostrato che il meccanismo Fuel 〖NO〗_X non ha alcuna influenza sulla produzione di 〖NO〗_X. Le simulazioni hanno mostrato che il contributo del meccanismo Prompt 〖NO〗_X alla produzione globale di 〖NO〗_X è anch’esso trascurabile. Allo stesso tempo, si è dimostrato che il meccanismo di decomposizione termica è da considerarsi il processo dominante quando sia analizza la produzione di 〖NO〗_X. Per quanto riguarda il particolato, Si è scelto di concentrare tutti gli sforzi sul Sectional Method che è il più promettente. Utilizzando un modello semplificato, si è portata avanti una campagna di simulazioni per comprendere la sensibilità dei risultati rispetto a diversi settaggi delle costanti di calibrazione. Questo è stato possibile grazie ad un codice 〖Matlab〗^® che è stato specificamente scritto per lanciare la stessa simulazione iterativamente variando le costanti di calibrazione. Un importante risultato è l’effettiva forte dipendenza dei risultati dalla libreria chimica tabulata usata per risolvere i vari processi chimici. I risultati ottenuti hanno mostrato una forte dipendenza della predizione di massa e distribuzione di massa di particolato dal modello di combustione scelto. Inoltre, i risultati hanno dimostrato che l’analisi multiciclo è fondamentale al fine di ottenere risultati coerenti con la fisica dei fenomeni reali, mostrando una maggiore consistenza con i dati sperimentali. Si può affermare che sia stato trovato un metodo promettente per la modellazione della produzione di particolato nel caso dei motori GDI. Tale metodo si deve basare su un’analisi multiciclo con la corretta tabulazione chimica per il combustibile usato ed un appropriato range termodinamico della tabulazione stessa. La calibrazione delle costanti assume, allo stesso tempo, un ruolo fondamentale.
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