Creazione di modelli di motore a combustione interna
La combustione è responsabile della maggior parte dei processi di conversione energetica che hanno luogo in tutto il mondo. La creazione di accurati modelli risulta quindi cruciale se si devono soddisfare gli obiettivi della strategia UE 2020 relativi alla riduzione delle emissioni per motori e dispositivi a combustione. In risposta alla crescente domanda di strumenti di simulazione affidabili per flussi reattivi, gli scienziati hanno avviato il progetto fondato dall’UE COMBINA (“Combustion models for industrial applications”). I partner di progetto provenienti da cinque paesi hanno unito le forze per sviluppare modelli avanzati per combustione premiscelata, parzialmente premiscelata e di sostanze nebulizzate. Il modello di combustione premiscelata è stato basato su un approccio di creazione di modello turbolento di chiusura della velocità di fiamma (Bray-Moss-Libby (BML)) implementato nel software per fluodinamica computazionale FINE/Open. Per simulare le fiamme premiscelate con diluizione o combustione parzialmente premiscelata, gli scienziati hanno accoppiato il BML con l’approccio di frazione Flamelet. Un’alternativa alla creazione di modello ibrido BML-Flamelet era il metodo FGM (flamelet generated manifold). I modelli sviluppati sono stati validati su una serie di casi di test dalla verifica analitica e configurazione della fiamma specifica ai casi di test industriali complessi. Tutti questi modelli sono disponibili sullo strumento software, tramite un’interfaccia grafica utente intuitiva. Per modellare spray da evaporazione, gli scienziati hanno integrato un modulo Lagrangiano in FINE/Open e lo hanno accoppiato con i moduli di combustione sviluppati. Oltre ad essere stato validato su una serie di fiamme elementari per irrorazione, è stato utilizzato per simulare due camere di combustione dei motori per aerei. I risultati hanno dimostrato che l’FGM è un approccio più adatto per simulare i processi di combustione di sostanze nebulizzate rispetto al metodo Flamelet. Per generare dati adatti alla validazione dei modelli di nebulizzazione numerici, un membro del progetto ha effettuato misurazioni di nebulizzazioni di combustibile freddo Jet A1 con diverse pressioni di scarico. La distribuzione della dimensione delle gocce è stata misurata tramite imaging interferometrici di particelle. I partner di progetto hanno anche prodotto una replica di un bruciatore industriale premiscelato e hanno realizzato la misurazione di diversi numeri di rotazione per validare i modelli di combustione premiscelata. COMBINA ha offerto ai partner universitari l’opportunità di testare modelli avanzati in un ambiente industriale, che finora sono stati applicati solo con codici su configurazioni semplificate. I risultati del progetto sono stati divulgati attraverso una presentazione del workshop e il sito web del workshop.
Parole chiave
Motori a combustione, modelli di combustione, applicazioni industriali, premiscelato, combustione di sostanze nebulizzate
