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F. Bozza M.C. Cameretti R. Tuccillo

Dipartimento di Ingegneria Meccanica per l’Energetica (D.I.M.E.) Università di Napoli “ Federico II ” Naples, Italy. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997. UNA PROCEDURA DI INTEGRAZIONE TRA MODELLI FLUIDODINAMICI DI M.C.I.

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Presentation Transcript

  1. Dipartimento di Ingegneria Meccanica per l’Energetica (D.I.M.E.) Università di Napoli “Federico II” Naples, Italy 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 UNA PROCEDURA DI INTEGRAZIONE TRA MODELLI FLUIDODINAMICI DI M.C.I. F. Bozza M.C. Cameretti R. Tuccillo

  2. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Un esempio di applicazione: Attivazione del sistema di ricircolo dei gas di scarico (EGR) per il contenimento degli NO in un MCI diesel turbo-sovralimentato Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.2 / 21 Introduzione • E’ presentato un metodo per l’impiego coordinato di due tipologie di modelli di MCI: • Un modello di Flusso 1D nei condotti • Un modello 3D nel cilindro motore Obiettivo della procedura: Consentire un’analisi dei fenomeni interni al cilindro senza dover rinunciare allo studio del comportamento dell’intero sistema

  3. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.3 / 21 Introduzione Caratteristiche e Schema del Motore: Sommario: • Modello completo del motore • Descrizione Modello di Flusso 1D • Calcolo Giunzioni e Test-Case • Simulazione 1D del motore (senza EGR) • Procedura integrata • Modifiche al Modello 3D (KIVA II) • Applicazione al funzionamento con EGR • Risultati e conclusioni

  4. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.4 / 21 Modello completo del sistema • Codice di tipo modulare in grado di simulare le principali configurazioni motoristiche: • Modello di Flusso 1D nei condotti • Tecnica “Filling&Emptying” nei cilindri • Correlazioni teorico-sperimentali per la simulazione della combustione • Equilibrio dinamico del Turbocompressore mediante l’impiego delle mappe operative Mappe del Turbocompressore:da prove effettuate all’Università di Genova

  5. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.5 / 21 Modello di Flusso 1D • Schema upwind ai Volumi Finiti del 2° Ordine • Tecnica Total Variation Diminishing (TVD) Equazioni di trasporto scalare della frazione di gas residui xr e di combustibile xf per il calcolo corretto della composizione Condizioni al contorno:

  6. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 • A pressione costante: • Correlazione Sperimentale Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.6 / 21 Calcolo Giunzioni Giunzione generica: Modelli della Giunzione: • Modello di Bingham & Blair: Flusso entrante:Flusso uscente:

  7. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.7 / 21 Verifica Modello 1D Test-case: Flusso in un condotto di scarico di un motore diesel monocilindro: Parametri numerici: Nessuna correzione è stata introdotta per le lunghezze dei 3 rami del condotto

  8. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Schema ENO-SRda Giannattasio [12] Giunzione: Modello a pressione costante Schema TVDpresente lavoro Giunzione: Modello a pressione costante Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.8 / 21 Risultati Test-case

  9. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Schema TVDpresente lavoro Giunzione: Correlaz. Sper. di Dadone [14] Schema TVDpresente lavoro Giunzione: Modello di Bingham&Blair Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.9 / 21 Risultati Test-case

  10. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Giunzione: Modello a pressione costante Schema ENO-SRda Giannattasio [12] Giunzione: Modello di Bingham&Blair Schema TVDpresente lavoro Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.10 / 21 Risultati Test-case

  11. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.11 / 21 Simulazione 1D del Motore pluricilindro Pressione, bar Vel. Turbocompr., rpmx10-3

  12. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Pressione, bar Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.12 / 21 Simulazione 1D del Motore pluricilindro 3000 giri/min Coppia Max. Pressione, bar Pressione, bar

  13. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.13 / 21 Simulazione 1D del Motore pluricilindro Prestazioni complessive:

  14. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.14 / 21 Necessità di una procedura integrata Limiti dell’approccio descritto: La validità delle correlazioni impiegate per la simulazione della combustione è limitata a condizioni operative normali In condizioni operative non convenzionali (ad es. con EGR) o per il calcolo anche delle emissioni è opportuno utilizzare modelli Fluidodinamici 3D dei fenomeni nel cilindro Problemi dei modelli 3D: Elevati tempi di calcolo possono limitare l’analisi alla sola fase a valvole chiuse E’ necessario conoscere lo stato termo-dinamico iniziale a chiusura valvola di aspirazione (CVA) e quindi le condizioni operative del sovralimentatore

  15. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Legge di rilascio del calore Condizioni Iniziali P,T,m,EGR a CVA KIVA Nuove Condizioni a CVA Mod. 1D ? La legge di rilascio del calore di combust. e quello trasferito alle pareti sono desunti dal calcolo 3D (KIVA) : Convergenza Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.15 / 21 Procedura Integrata La procedura integrata proposta consente di superare i limiti di entrambi i modelli

  16. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.16 / 21 Il Modello 3D • Si è utilizzato il codice KIVA II modificato dagli autori in diversi sottomodelli: • Processo di iniezione del combustibile • Calcolo del tempo di ritardo all’accensione • Processo di formazione dei NO termici Iniezione del combustibile: Si utilizzano, per la velocità di iniezione, dati sperimentali di alzata spillo e press. di iniez. Tempo di ritardo all’accensione: E’ stata introdotta la correlazione di Stringer Algoritmo per il calcolo dei NO: Le equazioni dello schema cinetico di Zel’dovich sono risolte simulataneamente utilizzando un metodo predittore-correttore

  17. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.17 / 21 Applicazione al funzionamento con EGR Calcolo completamente teorico delle condizioni operative del motore in presenza di EGR (a pari massa di combust. iniettato) L’intera procedura ha richiesto 3 calcoli 3D (EGR-1, -2, -3) ed altrettanti run del mod. 1D Condizioni operative ottenute: KIVA Mod. 1D

  18. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Vel. Turbo., rpmx10-3 Cicli di Calcolo Pressione, bar Angolo di Manovella, gradi Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.18 / 21 Applicazione al funzionamento con EGR scarico aspirazione

  19. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.19 / 21 Applicazione al funzionamento con EGR Pressione, bar Temperatura, K Angolo di Manovella, gradi Angolo di Manovella, gradi Rilascio del calore netto Concentraz. di NO, ppm Angolo di Manovella, gradi Angolo di Manovella, gradi

  20. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 B B Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.20 / 21 Distribuzione di NO in camera di combustione EGR=0 10° dPMS A A EGR-3 Sez. A-A [NO] ppm Sez. B-B

  21. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.21 / 21 Conclusioni Modello 1D completo del motore: • Si è messo a punto e verificato un modello di Flusso 1D incluso poi in un modello generale per motori diesel sovralimentati • I risultati della simulazione del motore in condizioni di funzionamento normalisono in buon accordo con la sperimentazione Procedura integrata 1D - 3D: • La procedura integrata per l’analisi del funzionamento con EGRha consentito di superare i classici limiti dei modelli adoperati • Lo scambio reciproco di informazioni tra mod. 1D e 3D permette in definitiva di incrementare l’accuratezza complessiva del calcolo. Grazie per l'attenzione!

  22. 52° Congresso Nazionale A.T.I. Villa Erba, Cernobbio, Settembre 1997 Bozza, Cameretti e Tuccillo, DIME, Univ. di Napoli Una procedura di integrazione tra modelli…,p.22 / 23 Simulazione 1D del Motore pluricilindro Vel. Turbocompr., rpmx10-3 Pressione, bar Pressione, bar Pressione, bar

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