Nuovi strumenti per la modellizzazione inerente a combustione e combustibili
L’iniettore di combustibile è fondamentale per la progettazione di combustori a basse emissioni. Mediante la comprensione e il controllo della fisica complessa relativa all’atomizzazione del combustibile, sussiste un elevato potenziale di minimizzare le emissioni nocive. Fino ad ora, le simulazioni hanno fatto affidamento su definizioni riduttive dello spray di combustibile. Inoltre, gli attuali modelli relativi all’abbattimento della fuliggine non sono sufficientemente accurati per supportare la progettazione di nuovi combustori ecocompatibili. Le due aree di modellizzazione sono strettamente correlate, poiché le caratteristiche dello spray stabiliscono le condizioni limite per la modellizzazione dell’abbattimento di fuliggine. Il progetto FIRST (Fuel injector research for sustainable transport) ha offerto una variazione a gradino nel dettaglio e con precisione in quanto a predizione di interruzione dello spray ed emissioni di fuliggine mediante avanzate tecniche di modellizzazione basate sulla fisica, misure di diagnostica e derivazione di sofisticate correlazioni. Lo sviluppo di uno strumento a controllo numerico per un iniettore virtuale e di tecniche predittive in quanto a formazione di fuliggine richiede ampi database per la convalida con risultati di misurazione quantitativa. Una precisa atomizzazione e misure sperimentali dettagliate relative allo spray sono state eseguite utilizzando avanzati metodi di diagnostica , su una gamma di geometrie, allo scopo di convalidare sia gli approcci di modellizzazione fenomenologici sia quelli basati sulla fisica. Per l’atomizzazione, i ricercatori hanno studiato tre diversi livelli di complessità sperimentale: configurazioni fondamentali, configurazioni dell’iniettore idealizzate e industriali. Per le misure relative alla fuliggine, sono state testate e applicate diverse tecniche di misurazione all’avanguardia al fine di fornire un set completo di dati per la validazione del modello relativo all’abbattimento di fuliggine. Il lavoro sui modelli numerici relativi al processo di atomizzazione hanno incluso simulazioni di dominio ristretto relative al controllo numerico diretto delle equazioni di Navier-Stokes, calcoli dinamici fluidi computazionali della geometria del combustore e modelli fenomenologici. Modelli di recente sviluppo relativi alla fuliggine e all’interruzione dello spray sono stati incorporati negli strumenti di progettazione dei partner del progetto. Questi strumenti sono stati utilizzati per prevedere le prestazioni dello spray e delle emissioni in relazione a sistemi di combustione all’avanguardia e a basse emissioni . Grazie a migliori strumenti di modellizzazione e a una misurazione perfezionata per quanto riguarda sia la formazione di fuliggine sia gli spray di combustibile, i risultati del progetto FIRST accelerano lo sviluppo di prodotti relativi ai motori più ecologici, affidabili ed economici. Questi nuovi sviluppi aiuteranno l’industria aeronautica a compiere un passo avanti per il raggiungimento degli obiettivi del Consiglio consultivo per la ricerca aeronautica e l’innovazione in Europa in termini di preservazione dell’ambiente.
Parole chiave
Combustione, combustibili, motori, aviazione, trasporti, iniettore, fuliggine
