Analisi di combustione su motori di produzione mediante codici CFD: definizione e calibrazione ottimale di una correlazione per la velocità di fiamma turbolenta

Negli ultimi vent'anni si ਠassistito ad un interesse sempre crescente verso l'utilizzo dei codici CFD per la risoluzione di problemi ingegneristici e nello studio dei fenomeni legati ai principali settori dell'ingegneria. Per questi motivi, l'utilizzo di codici, software CFD e dunque di una solida numerica ha permesso il raggiungimento di elevati livelli di predittività . Lo scopo di questa tesi ਠla ricerca di una metodologia per la simulazione della combustione in motori GDI che risulti essere il pi๠predittiva possibile al variare delle condizioni operative. In particolare, la ricerca si ਠfocalizzata sulla determinazione della migliore correlazione per la velocità  di fiamma turbolenta in grado di descrivere al meglio il fenomeno chimico-fisico della combustione tramite modello di combustione “G-equation”. La tesi sarà  dunque caratterizzata dall'analisi di un ampio database di risultati che hanno portato alla definizione della metodologia ottimale. In merito a quest'ultima, da anni, la combustione ਠstata simulata mediante modello “ECFM-3Z”, il quale ਠdefinito come un sistema dinamico in cui sono presenti equazioni di bilancio interne alla cella che permettono una stima della velocità  di miscelamento senza necessità  di discretizzazione ulteriore. La caratteristica di avere equazioni interne che descrivono il processo di combustione ਠuno dei motivi che ci orienta verso un modello che permetta di poter modificare l'evoluzione di questo complesso processo. Per adempiere a tale obiettivo, viene scelto il modello “G-equation” che basa la sua natura sulla capacità  di suddivisione dei gas combusti da quelli incombusti mediante una isosuperficie di uno scalare G; quest'ultima assume il significato fisico del fronte di fiamma che appare come una superficie che viene trasportata. Il set di equazioni che descrive il modello contiene la correlazione della velocità  turbolenta di fiamma o TFS (Turbulent Flame Speed) che, peculiarità  del modello G, puಠessere modificata o completamente sostituita, costituendo un input per il modello stesso, al fine cosଠdi ottenere un modello finale in grado di fornire risultati in linea con il dato sperimentale. L'attività  si svolge su due geometrie di motori a benzina GDI, il primo dei quali funzionante a due punti operativi differenti e a pieno carico, mentre il secondo si trova ad operare a carico parziale, valutando sei casi caratterizzati da diversi angoli di incrocio delle valvole e dunque quantità  di EGR variabili in funzione del caso in esame. Sul primo motore (caso a pieno carico) il primo obiettivo ਠquello di valutare quale tra le correlazioni della TFS utilizzata risulta essere la migliore e in linea con lo sperimentale; tra le correlazioni oggetto di studio vedremo quelle proposte da: Peters, Damkohler e Muppala. Ottenuta la correlazione sarà  poi centrale il tema della sua ottimizzazione che, assieme alla modifica dell'istante di accensione e ad altre costanti, conduca verso la definizione di un modello di combustione in grado di essere predittivo su pi๠punti operativi da estendere a pi๠famiglie di motori. In conclusione, l'attività  fornisce un ampio campo di risultati che ci guidano verso la definizione di una correlazione della velocità  di fiamma turbolenta che, a meno di leggere modifiche, sia in grado di fornire risultati predittivi su un'ampia gamma di punti operativi in termini di carico e velocità  di rotazione.