Nuevas herramientas para modelizar la combustión y los combustibles
El inyector de combustible es una pieza clave del diseño de los combustores con emisiones reducidas. Conociendo y controlando la física compleja de la atomización del combustible, existen grandes posibilidades de minimizar las emisiones perjudiciales. Hasta ahora, las simulaciones se habían basado en definiciones simplificadas en exceso de la pulverización del combustible. Además, los modelos actuales de hollín no son lo suficientemente precisos como para servir como apoyo para el diseño de nuevos combustores ecológicos. Las dos áreas de modelización están estrechamente relacionadas, ya que las características del aerosol definen las condiciones de contorno para modelizar el hollín. El proyecto FIRST (Fuel injector research for sustainable transport) proporcionó un paso importante en el detalle y la precisión de la predicción de la disgregación del aerosol y las emisiones de hollín mediante técnicas avanzadas de modelización física, mediciones de diagnóstico y la determinación de correlaciones sofisticadas. Para desarrollar una herramienta numérica de inyector virtual y técnicas de predicción de la formación de hollín se necesitan bases de datos extensas de validación con resultados de mediciones cuantitativas. Se realizaron mediciones experimentales detalladas del aerosol y de la atomización, mediante métodos diagnósticos avanzados en toda una gama de geometrías con el fin de validar los enfoques de modelización basados en la física y en la fenomenología. En cuanto se refiere a la atomización, los investigadores estudiaron tres niveles distintos de complejidad experimental: configuraciones fundamentales, configuraciones con inyector idealizado y configuraciones con inyector industrial. Para las mediciones de hollín se probaron varias técnicas modernas de medición y se utilizaron para obtener conjuntos de datos completos a fin de validar el modelo de hollín. El trabajo en modelos numéricos del proceso de atomización incluyó simulaciones numéricas directas de pequeños dominios con las ecuaciones de Navier-Stokes, cálculos de dinámica computacional de fluidos de la geometría del combustor y modelos fenomenológicos. Los nuevos modelos de disgregación del aerosol y de hollín se incorporaron a las herramientas de diseño de los socios. A continuación, estas herramientas se utilizaron para predecir el funcionamiento del aerosol y de las emisiones de sistemas de combustión avanzados de bajas emisiones. Gracias a las herramientas mejoradas de medición y modelización relativas a la formación de aerosoles de combustible y a la generación de hollín, los resultados del proyecto FIRST aceleran el desarrollo de productos de motores asequibles, más limpios y fiables. Estos nuevos desarrollos ayudarán al sector de la aviación a acercarse un paso más a los objetivos del Consejo Asesor Europeo para la Investigación y la Innovación Aeronáuticas (ACARE) para proteger el medio ambiente.
Palabras clave
Combustión, combustibles, motores, aviación, transporte, inyector de combustible, hollín
