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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4RJA8| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Simulação numérica da estrutura de escoamento, do spray e da mistura ar/combustível em um motor de ignição por centelha de injeção direta |
| Authors: | Leonardo Mayer Reis |
| First Advisor: | Ramon Molina Valle |
| First Referee: | Jose Guilherme Coelho Baeta |
| Second Referee: | Rudolf Huebner |
| Third Referee: | Márcio Expedito Guzzo |
| Abstract: | O setor de transporte apresenta uma demanda por veículos que apresentem menor consumo de combustível e com níveis de emissões dentro das legislações, ou seja, busca-se um aumento na eficiência dos motores de combustão interna. Uma maneira de alcançar essa melhoria está relacionada com as estruturas de escoamento presentes nos cilindros, uma vez que elas são capazes de controlar a formação da mistura, a energia cinética da turbulência, a combustão e consequentemente os níveis de emissões. Nesse contexto, o dispositivo conhecido como flow box, que tem a função de alterar o escoamento dentro do cilindro, se apresenta como alternativa. Além dessa tecnologia, o uso da injeção direta é uma realidade para um melhor controle do combustível inserido no cilindro. O presente trabalho estuda, por meio de análise numérica, o comportamento do escoamento em um motor monocilíndrico de pesquisa em condição motored, utilizando-se do flow box, que neste caso é uma chapa posicionada na entrada do pórtico de admissão. Três chapas foram testadas, distinguindo-se pela posição diferente da região de escoamento do fluido. A análise da turbulência é realizada com o modelo RNG k-. A injeção do spray de etanol e de gasolina em câmara quiescente, para os injetores pressure swirl e multi-hole foi descrita por meio do modelo de distribuição do tamanho de gotas de Rosin-rammler e do modelo de breakup das gotas de KHRT. Com base nos casos estudados, ficou evidente a influência do flow box nos coeficientes das estruturas de escoamento, sendo capaz de alterar o sentido de rotação e a magnitude dos vórtices durante os tempos de admissão e compressão. Além disso, seu uso pode proporcionar alterações na energia cinética da turbulência, no cilindro e na região da vela de ignição. Os modelos aplicados para a descrição dos sprays produzidos mostraram-se adequados, apresentando boa concordância com as curvas de penetração de líquido e com o perfil de bordas do spray. Analisando o fator de excesso de ar lambda, o flow box mostrou-se capaz de alterar a sua distribuição espacial, sendo capaz de proporcionar misturas mais homogêneas. |
| Abstract: | The high demand of the transport sector for vehicles that has lower fuel consumption and emissions levels within the legislation, in other words, an increase in the internal combustion engines efficiency is sought. One way of achieving this improvement is related to the flow structures inside the cylinders, since they are capable to control the mixture formation, the turbulent kinetic energy, the combustion and hence the emissions levels. In this context, the device known as a flow box, which has the function of changing the in-cylinder flow, is presented as an alternative. In addition to this technology, the use of direct injection is a reality as a better control of fuel injection in-cylinder. The present work, through numerical analysis studied the behavior of a single-cylinder research engine in a motored condition, using flow box, which in this case is a plate positioned at the entrance of intake port. Three plates were tested and distinguished by the different fluid flow region position. The turbulence analysis is performed with the RNG k- model. The injection of ethanol and gasoline spray in a quiescent chamber, for pressure swirl and multi-hole injectors were described by the Rosin-rammler droplet size distribution and by the KHRT droplet breakup model. Based on the cases studied, it was cleared the flow box influence on the structures coefficients, being able to change the rotation direction and considerably increase the magnitude of tumble during intake and compression strokes. In addition, its use may provide changes in the turbulent kinetic energy, in-cylinder and spark plug region. The numerical models applied for the description of the sprays shown to be suitable, with good agreement with the liquid penetration curves and spray edge profile. By analyzing the excess air factor lambda, the flow box was able to change its spatial distribution, providing more homogeneous mixtures. |
| Subject: | Motores de combustão interna Fluxo de caixa Álcool Simulação por computador Gasolina Engenharia mecânica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4RJA8 |
| Issue Date: | 19-Jul-2018 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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