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Tesi etd-09092013-083728


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
ROCCHI, SIMONE
URN
etd-09092013-083728
Title
Studio numerico di un motore due tempi ad iniezione diretta con combustione RCCI Computational study of a two-stroke direct-injected Reactivity Controlled Compression Ignition engine
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA DEI VEICOLI
Supervisors
relatore Prof. Gentili, Roberto
relatore Ing. Rossi, Riccardo
relatore Ing. Musu, Ettore
relatore Dott. Reitz, Rolf D.
Parole chiave
  • RCCI
  • reattività combustibili
Data inizio appello
02/10/2013;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
SOMMARIO

Scopo della tesi è la costruzione di un set di modelli in grado di simulare il comportamento di un motore due tempi, alimentato con due combustibili tramite doppia iniezione diretta. La strategia di combustione applicata è nominata Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI), la quale consiste nell'auto-accensione di una miscela a reattività stratificata.
L'obiettivo di tali modelli è di migliorare la comprensione dei fenomeni che accadono all'interno della ca-mera di combustione e dare indicazioni utili per continuare la campagna di prove sperimentali su tale motore.
E' stato quindi costruito un modello 3D (CFD) del motore, utilizzando il software FIRE fornito da AVL. Per la modellazione dei fenomeni inerenti alla combustione tale codice è stato accoppiato con un solutore di cinetica chimica: Chemkin. Il dominio di calcolo considerato comprende la camera di combustione, le luci di aspirazione e il sistema di scarico completo.
Oltre a questo è stato approntato anche un semplice e veloce modello 0-D nel quale il processo di combustione è basato sull'ipotesi di carica omogenea accesa per compressione (HCCI), mentre il processo di lavaggio è basato su un modello a due zone. Lo scopo di questo modello è di fornire risultati di prima approssimazione in maniera immediata e una prima stima delle condizioni iniziali per i calcoli CFD.
La parte maggiore del lavoro è stata quindi la validazione del modello CFD, comparandone i risultati con dati sperimentali raccolti all'University of Wisconsin-Madison, che ha infine consentito di evidenziare il peso di fenomeni come la stratificazione di temperatura causata dal lavaggio e la stratificazione di reattività causata dall'iniezione.
Il modello 0-D realizzato si è dimostrato un valido strumento per il calcolo delle condizioni iniziali delle si-mulazioni CFD, dato che dopo soli due cicli motore le condizioni iniziali della simulazione sono uguali alle condi-zioni finali. La velocità di calcolo de tale modello è stata inoltre sfruttata per costruire mappe di funzionamento del motore al variare di svariati parametri come il rapporto tra i due combustibili (diesel e benzina), il rapporto di equivalenza, il rapporto di lavaggio, il regime del motore e il rapporto di compressione. Tali mappe potranno essere utili per guidare i futuri test sperimentali.





ABSTRACT

Purpose of the thesis is the construction of a set of models able to simulate the behavior of a two-stroke engine, fed with two fuels through double direct-injection. The combustion strategy applied is called Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI), which prescribes the auto- ignition of a reactivity stratified mixture.
The goal of these models is to improve the understanding of the phenomena occurring inside the combustion chamber and give useful insight to continue the campaign of experimental tests on this engine.
A 3-D model of the engine has been built using the software FIRE provided by AVL. For the modeling of combustion the code has been coupled with a chemical kinetics solver: Chemkin. The computational domain considered includes the combustion chamber, the intake ports and the complete exhaust system.
A quick and simple 0 - D model was also realized in which the combustion process is based on the assumption of homogeneous combustion (HCCI), while the scavenging process is based on a two-zone model. The purpose of this model is to provide a first approximation results in a very short time and to supply suitable condition inside the combustion chamber to initiate the CFD calculations.
The greater part of the work was then the validation of the CFD model by comparing its results with experimental data collected at the University of Wisconsin- Madison, which allowed to high-light and quantify the influence of phenomena such as the stratifications caused by scavenging process and injection.
The realized 0-D model has proven to be a reliable tool to calculate CFD simulation initial conditions: after only two cycles, in fact, the initial conditions of the engine cycle are equal to the final conditions of the same cycle. The efficiency in terms of computational time of this model has also been exploited to construct maps of engine operation at the changing of several parameters such as the ratio between the two fuels (diesel and gasoline), the equivalence ratio, the delivery ratio, the engine speed and the compression ratio (decreasing the volume at the top dead center). Such maps could be useful to guide future experimental tests.
File