Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/51952
Type: Dissertação
Title: Análise numérica 3D de spray de etanol em câmara com contrapressão
Authors: Roberto Ribeiro Schor
First Advisor: Ramon Molina Valle
First Referee: Rudolf Huebner
Second Referee: Sérgio de Morais Hanriot
Abstract: Devido à preocupação com o meio ambiente as novas regulamentações de emissões automotiva estão cada vez mais restritivas. Consequentemente, estão sendo desenvolvidas novas tecnologias para se aumentar a eficiência dos motores de combustão. Uma das tecnologias para tal é a injeção direta, para substituir métodos antigos de injeção do combustível, que melhora dramaticamente a eficiência do motor quando se controla corretamente a combustão. Especialmente nos casos de ignição por compressão ou para estratificação da mistura, é de extrema importância o controle da mistura de ar e combustível. A formação da mistura de ar e combustível e, consequentemente a evolução do spray e a sua atomização, combinados com a difusão e evaporação desse combustível no ar, juntamente com os movimentosdoarnacâmaradecombustãosãoprocessosmuitoimportantesparacontrolar e otimizar a combustão. Como o acesso ótico à câmara de combustão é de difícil acesso ou proibitivo,devidoaoscustos,atécnicamaiscoerenteparaseanalisarosefeitosdoSpray na misturadearnacâmaradecombustãoéasimulaçãonumérica.Oobjetivodestadissertação é desenvolver e validar uma metodologia utilizando a Mecânica de Fluido Computacional (CFD) para modelar e analisar o spray de etanol gerado por um injetor automotivo, do tipo Pressure-Swirl em uma câmara com contrapressão utilizando o software de código abertoOpenFOAM.Ametodologiautilizandoosoftware OpenFOAMparasimularospray foi validada com dados experimentais para valores de contra pressões até 5 bar, para os quais os modelos implementados representam adequadamente o comportamento do spray de etanol. Para se determinar o tamanho de gota inicial do spray foram empregados os modelos Rosin Rammler e LISA e para descrever o break up secundário foram empregados os modelos Diwakar, KHRT e TAB em simulações de spray de etanol a pressões de 1 e 5 bar. Uma distribuição de tamanhos de gotas adequada foi determinada para o injetor empregado, e com ótima correlação com os dados experimentais a 1bar. Para o ciclo Otto usual, que até o momento final de injeção de combustível não atinge contrapressões acima de 5 bar, dentre os modelos avaliados nessa dissertação os que melhor representam o comportamento do spray ao longo do tempo de injeção são o modelo de atomização LISA em conjunto com o modelo de quebra secundária TAB e o modelo de distribuição de gotas Rosin-Rammler em conjunto com os modelos de quebra secundária KHRT ou TAB. Concluindo, para casos usuais de injeção em motores de ignição por centelha os modelos implementados nesse trabalho foram validados a partir de dados experimentais e podem ser utilizados em modelos mais complexos, como por exemplo um próximo passo pode ser a avaliação desse modelo em um domínio com malha móvel, para avaliar o efeito do spray na estrutura de fluxo.
Abstract: Due to the new regulations in environment laws the new emission standards are increasingly more restrictive. Therefore, new engine technologies has been researched to make the engines more fuel efficient and to decrease the emissions. The direct injection is one of those new technologies, to substitute the old port fuel injection, allowing to improve the control of the cylinder combustion. For this, specially in the cases of stratified strategy or compression ignition engines, the control of the spray injection is very important to control of the air/fuel ratio through the cylinder. The formation of the air fuel mixture, and consequently the evolution of the spray and its atomization combined with the diffusion and evaporation of the fuel in the air together with the charge motion in the combustion chamber are very important for controlling and optimizing the combustion. Since the optical access to the combustion chamber is difficult to access or prohibitive due to costs, the most coherent technique for analyzing the effects of spray in the air mixture in the combustion chamber is the numerical simulation approach. The aim of this dissertation is to develop and validate a Computer Fluid Dynamics (CFD) methodology for modeling and analyzing the ethanol Spray generated by a pressure-swirl automotive injector in a chamber with back pressure utilizing the software OpenFOAM an open source code. The methodology employed to evaluate the ethanol spray pattern with OpenFOAM was validated with experimental data up to 5 bar of vessel pressure. The initial fuel drop size distribution was described by two models, Rosin Rammler and LISA, and the subsequent droplet break up was described by three models, Diwakar, KHRT and TAB for vessel pressures of 1 bar and 5 bar. The droplet mean diameter value was validated with experimental data at 1 bar. For pressures up to 5 bar, among the evaluated models, the optimum models which were able to capture the flow pattern of the ethanol spray are the atomization model LISA with the secondary break up model TAB and the PDF function Rosin Rammler with either KHRT or TAB break-up models. Concluding, for the usual cases of injection in spark ignition engines the models implemented in this dissertation were validated against experimental data and can be utilized in more complex models, e.g. dynamic spray simulation with a moving mesh.
Subject: Engenharia mecânica
Automóveis - Ignição
Automóveis - Motores - Combustão
Automóveis - Motores - Sistemas de injeção eletrônica de combustível
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/51952
Issue Date: 21-Feb-2018
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