Caballer Fernandez, Miguel; De Alfonso Laguna, Carlos; Hernandez Garcia, Vicente; Hoyas Calvo, Sergio; Martínez López, Jorge; Mompó Laborda, Juan Manuel; Payri Gonzalez, Francisco; Salvador Rubio, Francisco Javier; Tomas Dominguez, Andres
ESTUDIO NUMERICO DE LA CAVITACION EN TOBERAS DE INYECCION DIESEL MEDIANTE GRID COMPUTING (CAVIGRID)
- Financiado por: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA
- Financiación: 7500.00 €
- Fecha de inicio: 15/12/2010
Fecha de fin: 15/12/2011
Resumen
Una de las partes más críticas en los motores Diesel es la que concierne a las toberas de inyección, en concreto a la morfología de los orificios de descarga del combustible en la cámara de combustión del motor. De la geometría de estos orificios dependen las características del flujo en el interior y a la salida de los mismos. Estas características son fundamentales para los fenómenos de atomización del chorro y preparación de la mezcla de combustible con el aire, requisito indispensable y de cuya calidad dependen el rendimiento de la combustión, y la formación de contaminantes.
Sin embargo, a pesar de la influencia que tiene la configuración de los orificios de descarga sobre los procesos de inyección y combustión, las dificultades derivadas de las pequeñas dimensiones de los orificios de descarga de combustible, junto con las altas presiones y velocidades y la naturaleza transitoria del flujo, hacen que la física del flujo interno sea poco conocida. Estas dificultades se acentúan enormemente si consideramos que el flujo en el interior de dichos orificios puede ser bifásico, debido al fenómeno de cavitación que ocurre bajo ciertas condiciones. La cavitación puede tener ciertas repercusiones sobre el flujo y posterior desarrollo del chorro. Como efecto negativo más importante cabría citar el colapso al que se ve sometido el flujo másico que hace que éste sea insensible, cuando el fenómeno aparece, al salto de presiones, reduciéndose así la capacidad de descarga de combustible de la tobera. Como efecto positivo, el incremento del ángulo del chorro constatado experimentalmente significaría una mejora en el proceso de mezcla, y por lo tanto de la combustión. Sin embargo, aunque se cree que el incremento del mismo está relacionado con el incremento de la turbulencia inducida por la cavitación, todavía no se ha comprobado ni experimentalmente ni computacionalmente. El estudio de la relación cavitación-turbulencia es el principal objetivo de la aplicación.
Se modelará el flujo interno en condiciones cavitantes e incluyendo los efectos de la turbulencia mediante métodos RANS y LES. Esto permitirá no solo corroborar los resultados experimentales obtenidos en nuestros laboratorios, valiendo a su vez para la validación del código, sino también profundizar en aquellos aspectos tales como intensidad de turbulencia, campos y perfiles de velocidad y de presión en el interior y a la salida de los orificios, imposibles de ser estudiados experimentalmente y que justificarán el comportamiento del flujo y chorro previamente observado.
Además, será necesario probar múltiples configuraciones tanto geométricas (movimiento de malla) como físicas (variación de presiones de inyección y de descarga, temperatura del combustible, propiedades físicas del combustible (viscosidad, densidad…))) y numéricas (modelos de turbulencia, sensibilidad de malla). En conclusión, es necesario simular un gran número de procesos complicados y largos, pero que manejan una geometría relativamente sencilla y con un gasto de memoria moderado. Esto hace este problema muy apropiado para técnicas de Grid Computing.
