MODELADO DE LA ATOMIZACIÓN PRIMARIA DE CHORROS DIÉSEL MEDIANTE CFD UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño MODELADO DE LA ATOMIZACIÓN PRIMARIA DE CHORROS DIÉSEL MEDIANTE CFD TRABAJO DE FIN DE MÁSTER AUTOR: LUCAS GONZÁLEZ MONTERO lugonmon@etsid.upv.es DIRIGIDO POR: - Dr. FCO JAVIER SALVADOR RUBIO VALENCIA, SEPTIEMBRE 2017

Indice 1. Introducción 1.1 Introducción a la atomización 1.2 Objetivo y justificación del trabajo 2. Estudio computacional 2.1 Métodos computacionales 2.2 Casos simulados 2.3 Objetivos de resolución 3. Resultados obtenidos 3.1 Comparativa de condiciones de entrada 3.2 Estudio de la turbulencia en el plano 4. Conclusiones 5. Presupuesto

1. Introducción 1.1 Introducción a la atomización Se conoce como atomización al proceso mediante el cual se disgrega la vena líquida de combustible en pequeñas gotas y ligamentos en el seno de otro fluido. Figura 1: Proceso de atomización de un chorro

1.2 Objetivo y justificación Un conocimiento más profundo del proceso de inyección permitirá una mejora en términos de eficiencia de combustión, reduciendo así la cantidad de contaminantes. Justificación: Las políticas de contaminación y emisiones son cada vez estrictas y requieren de la innovación en los sistemas de inyección.

2. Estudio computacional 2.1. Métodos computacionales RANS LES DNS MODELADO CALCULADO

2.2 Casos simulados Datos del problema Casos simulados Parámetro Valor Unidades Longitud dirección x 2.34 E-03 m Longitud dirección y 6.00 E-04 Longitud dirección z ρgas (Nitrógeno) 22.8 kg/m3 μgas 1.87 E-05 Pa·s ρfuel (Dodecano) 750 μfuel 1.34 E-03 σ 2.54 E-02 N/m Diámetro de tobera 9.00 E-05 Casos Rec Perfil de entrada plano 5037 Perfil de entrada turbulento 6700

2.2 Casos simulados Datos de las mallas Parámetro Valor Celdas dirección x 1.000 Celdas dirección y 256 Celdas dirección z Total celdas 65.536.000 Gran número de celdas Cálculo del dominio en paralelo utilizando 40 procesadores

2.3 Objetivos de simulación Obtener estudio a nivel macroscópico de la influencia de la condición de entrada. Estudio de parámetros de la turbulencia en el plano situado a 2.1 mm. Coste de tiempo de realización de cada una de las simulaciones de 1950 h·núcleo.

3. Resultados obtenidos

3.1 Comparativa de condiciones de entrada Penetración de chorro Longitud intacta de chorro Atomización

3.1 Comparativa de condiciones de entrada Penetración de chorro El caso 1 presenta una menor penetración que el caso 2. El caso 2 posee mayor Rec lo cual lo explica. Caso 1 T = 20 μs ↑ Turbulencia ↑ Transferencia de momento ↓ Penetración Caso 2

3.1 Comparativa de condiciones de entrada Penetración de chorro Caso 1 Caso 2 Caso 1 T = 20 μs Caso 2 El caso 1 presenta una superficie perfectamente cilíndrica mientras que el caso 2 apenas ha salido de la tobera su superficie presenta irregularidades notables.

3.1 Comparativa de condiciones de entrada Longitud intacta de chorro Caso 1 T = 20 μs Caso 2 La turbulencia generada en el caso 2 en la condición de entrada provoca que disminuya la longitud intacta de chorro.

3.2 Estudio de la turbulencia en el plano La escala de Komogorov mínima calculada en el plano → η = 0.29 μm 3.2.1 Estudio FFT la turbulencia en el plano Se estudia el comportamiento de la turbulencia a diferentes radios del plano.

3.2.1 Estudio FFT la turbulencia en el plano Se realiza un promediado temporal de 20.000 pasos temporales una vez el chorro se ha desarrollado. Se extrae: Espectro unidimensional de energía Autocorrelaciones de las velocidades FFT espacial

3.2.1 Estudio FFT la turbulencia en el plano Velocidad axial

3.2.1 Estudio FFT la turbulencia en el plano Velocidad radial

4. Conclusiones La turbulencia en el interior del chorro es fundamental para la atomización requerida en el ámbito de los motores. A pesar de que la escala de Kolmogorov es inferior al tamaño de celda y las limitaciones del dominio, las simulaciones realizadas son un buen punto de partida de esta investigación

5. Presupuesto El presupuesto alcanza una suma total de DIECINUEVE MIL NOVECIENTOS CUARENTA Y OCHO EUROS CON NOVENTA CÉNTIMOS.

MODELADO DE LA ATOMIZACIÓN PRIMARIA DE CHORROS DIÉSEL MEDIANTE CFD UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño MODELADO DE LA ATOMIZACIÓN PRIMARIA DE CHORROS DIÉSEL MEDIANTE CFD TRABAJO DE FIN DE MÁSTER AUTOR: LUCAS GONZÁLEZ MONTERO DIRIGIDO POR: - D. FCO JAVIER SALVADOR RUBIO VALENCIA, JULIO 2017