Redukcja emisji zanieczyszczeń z silników o spalaniu wewnętrznym
Przez lata obliczeniowa dynamika płynów (CFD, Computational Fluid Dynamics) stała się uznanym narzędziem do projektowania i optymalizacji silników o spalaniu wewnętrznym. Zaawansowane modele numeryczne udowodniły swoją wartość w sporządzeniu szczegółowego opisu czasu zapłonu i uwolnienia ciepła wymaganego do opisania ścieżek tworzenia tlenku azotu (NOx). To numeryczne podejście, które pozwalało na znaczne zmniejszenie potrzeby przeprowadzania czasochłonnych eksperymentów, było szczególnie atrakcyjne dla przemysłowych partnerów projektu MINNOX. Główne firmy w przemyśle samochodowym w Europie połączyły swoje doświadczenie w celu opracowania zaawansowanego modelu uwzględniającego wszystkie ważne procesy fizyczne zachodzące w cylindrach silnika o spalaniu wewnętrznym. W komercyjnych pakietach oprogramowania do symulacji obliczeniowej dynamiki płynów, modele turbulencji są oparte na wielu założeniach i dlatego są skuteczne dla konkretnych typów przepływów. Jednak analiza efektów turbulencji w pobliżu ścianek silnika o spalaniu wewnętrznym jest szczególnie ważna dla dokładnego przewidywania charakterystyk przepływu turbulentnego ograniczonego ściankami. Prace badawcze w laboratoriach firmy DaimlerChrysler AG w Niemczech miały na celu ulepszenie oprogramowania komputerowego KIVA-3 i STAR-CD na potrzeby obliczeń numerycznych trójwymiarowych przepływów płynów reaktywnych chemicznie. Mówiąc bardziej konkretnie, wprowadzono ujednolicone i uogólnione traktowanie warunków granicznych dotyczących ścianek, aby uzyskać większą dokładność przewidywań tarcia o ścianki. Pojawiła się możliwość rozszerzenia obliczeń metodą RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) i symulacji wielkowirowych (LES, Large Eddy Simulations) na ścianki cylindra bez konieczności stosowania bardzo gęstych siatek obliczeniowych i zwykle wymaganych wielkich zasobów obliczeniowych. Rokujące nadzieje na dużą uniwersalność oraz uproszczenie obliczeń programy KIVA-3 i STAR-CD po zaimplementowaniu proponowanej metody zostały użyte do symulacji ustalonych i pulsujących przepływów płynów w silniku jednocylindrowym. Obliczenia przeprowadzone dla szerokiego zakresu warunków działania były zgodne z bezpośrednimi symulacjami numerycznymi (DNS, Direct Numerical Simulation), jak również z danymi zebranymi w układzie eksperymentalnym opracowanym podczas projektu.
