Skip to main content

Minimisation of nox emissions (MINNOX)

Article Category

Article available in the folowing languages:

Zaawansowany turbulentny transfer ciepła dla silników o spalaniu wewnętrznym

Niezmiernie ważną podstawą niezbędną do dokładnej symulacji rzeczywistych przepływów powietrza i paliwa w silniku o spalaniu wewnętrznym jest możliwość dokładnego modelowania turbulencji. Turbulencje to główny czynnik wpływający na parowanie kropelek ciekłego paliwa i następującego po nim spalania mieszanki powietrza z paliwem.

Energia

Przepływ powietrza i paliwa w cylindrach silnika o spalaniu wewnętrznym jest prawie zawsze turbulentny. Im bardziej turbulentny jest przepływ powietrza, tym większy stopień zmieszania powietrza z paliwem można osiągnąć przed zapłonem. Mimo że turbulencje w momencie zapłonu mogą prowadzić do gwałtownego i całkowitego spalania, wiążą się też z większym tempem przenoszenia ciepła do ścian cylindra, co zmniejsza sprawność cieplną silnika. W ramach projektu MINNOX niektóre z głównych firm europejskiej branży motoryzacyjnej połączyły swoje doświadczenie i wiedzę fachową z pracami czołowych uczelni europejskich. Ich ostatecznym celem było opracowanie fizycznego modelu do dokładnego przewidywania profilu transferu ciepła, prędkości i temperatury wewnątrz cylindra silnika o spalaniu wewnętrznym. Model ten mógłby zostać zweryfikowany poprzez pomiary wykonane przez zaawansowany układ eksperymentalny opracowany w ramach projektu. Metoda numeryczna jest szczególnie atrakcyjna dla branży motoryzacyjnej z powodu możliwości generowania i analizowania wyników w rozsądnych ramach czasowych. Może ona znacznie przyspieszyć etap projektowania inżynierskiego i, co więcej, proces optymalizacji projektu. Model proponowany przez partnerów projektu na Uniwersytecie Technicznym w Delft jest tak prosty, że można go wdrożyć w dostępnych na rynków programach do obliczeniowej dynamiki płynów (CFD, Computational Fluid Dynamics). Jak dotąd wykazał się on możliwością opisania wszystkich najważniejszych efektów występujących w cylindrze silnika, włącznie z efektami w pobliżu ścian i przejściowymi. Metodą zastosowaną w tych pracach było modelowanie metodą relaksacji eliptycznej, które jest bardziej zaawansowane niż aktualne modele dwurównaniowe, ale wciąż mniej dokładne niż kompletny model naprężeń Reynoldsa. Dla modelu turbulencji wymagającego wystarczająco drobnych siatek obliczeniowych dodano nowe uogólnione funkcje dla ścian, które nie są ograniczone przez powszechnie stosowane założenia równowagi. Weryfikacja modelu w konfiguracjach idealnych wykazała zgodność z obliczeniami temperatury i prędkości na podstawie danych doświadczalnych i symulacji wielkowirowej (LES, Large-Eddy Simulation).

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania