pres CM 2011-12-07

Università degli Studi di Napoli Federico II

Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Dipartimento di Ingegneria Meccanica per l’Energetica

Elaborato di Laurea:

Relatore: Candidato: Ch.mo Prof. Ing. Carmine Monti Alfredo Gimelli Anno Accademico 2010/2011 Matr. 535/2160

Validazione di un modello termofluidodinamico 1D di un motore alimentato a benzina e gas naturale

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Sommario

OBIETTIVO LAVORO

APPROCCIO MODELLISTICO

TARATURA MODELLO

CONCLUSIONI

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OBIETTIVO

I

SVILUPPARE E TARARE LA SCHEMATIZZAZIONE DI UN MOTORE DUE TEMPI MORINI AH50L ALIMENTATO SIA A BENZINA CHE GAS NATURALETARATURA: Assegnazione di opportuni valori a

parametri prestabiliti in modo che i dati simulati risultano quanto più prossimi a quelli sperimentali.

parametri che influenzano la portata d’aria;

parametri che influenzano le perdite meccaniche;parametri che influenzano la combustione;

I TRE FENOMENI SONO FORTEMENTE CORRELATI TRA LORO E NON SI PUÒ PENSARE DI AGIRE SU UNO DI ESSI SENZA MODIFICARE I RESTANTI.

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APPROCCIO MODELLISTICO

Il Motore a combustione interna è una macchina volumetrica il cui

regime è periodico ma instazionario

Software di calcolo basati su equazioni differenziali instazionarie da integrare numericamente

nel tempo diverse a seconda dell’approccio utilizzato.

NEL NOSTRO CASO CI RIFERIREMO AD UN MODELLO QUASI D-1D

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SCHEMATIZZAZIONE DEL MODELLO

Schematizzazione monodimensionale

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TARATURA MODELLO

Parametri che influenzano la portata d’aria

Schematizzazione valvola lamellare

Pkxxxm f...

Modellazione nel codice

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TARATURA MODELLO

Valvola Lamellare

Il coefficiente di efflusso (FCD) permette di considerare le perdite attraverso la valvola a lamelle.

Tramite analisi parametriche si è calcolato il suo valore ottimaleper ogni numero di giri

Si è scelto allora per FCD un valore medio pari a 0.4.Inoltre per la taratura della portata d’aria si è valutato il valore ottimale delle lunghezze dei travasi che presentavano incertezze geometriche nella modellazione monodimensionale.

FCD Ottimale per ogni numero di giri calcolato in

modo che

Taratura con analisi parametrica su

lunghezza travasi

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TARATURA MODELLO

Portata d’aria

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TARATURA MODELLO

Modello delle Perdite Meccaniche in Gt Power

La FMEP è calcolata tramite la relazione di Chen – Flynn:

Noto però FMEP al variare del numero di giri dai dati sperimentali i coefficienti di tale correlazione sono stati ricalcolati in modo da

ottenere valori del rendimento meccanico quanto più prossimi a quelli dei dati sperimentali.

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TARATURA MODELLO

Rendimento Meccanico

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TARATURA MODELLO

IL MODELLO DI COMBUSTIONE IN GT-POWER È BASATO SULLA LEGGE DI RILASCIO CALORE DI WIEBE:

La combustione è un fenomeno che avviene all’interno del cilindro a cavallo del PMS.

Parametri che influenzano la combustione

𝑥𝑏=1−exp [−𝑎( 𝜃−𝜃0

∆ 𝜃 )𝑚+1]

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TARATURA MODELLO

Modello Multizona di Combustione Frattaleelaborato al DiME*

La camera di combustione è divisa in una zona combusta ed una incombusta Per entrambe le zone si risolvono le equazioni di bilancio di massa e

dell’energia integrandole nelle incognite massa e temperatura.

È necessario però determinare la velocità secondo la quale il combustibile brucia, il modello prevede quattro fasi:

1) Fase di formazione del kernel2) Propagazione laminare del fronte di fiamma3) Propagazione turbolenta del fronte di fiamma4) Wall Combsution

*Dal gruppo di lavoro del prof. Bozza

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TARATURA MODELLO

Per La fase di propagazione turbolenta la velocità di combustione è

( 𝑑𝑚𝑏

𝑑𝑡 )𝑇=𝜌𝑢 𝐴𝑇𝑆𝐿 𝐴𝑇=𝐴𝐿 ( 𝐴𝑇

𝐴𝐿 )IL RAPPORTO TRA LE AREE è DETERMINABILE INTRODUCENDO LA GEOMETRIA FRATTALE

𝐴𝑇

𝐴𝐿=( 𝐿𝑚𝑎𝑥

𝐿𝑚𝑖𝑛)𝐷3−2

∙(1+𝐾 𝑎𝑙𝑢 ′𝑆𝐿

)La caratteristica peculiare di tale modello è la possibilità di

relazionare la velocità di combustione con le caratteristiche del flusso turbolento.

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TARATURA MODELLO

Analisi parametrica del modello di combustione frattale

È STATA EFFETTUATA ADOTTANDO UN METODO ITERATIVO

I PARAMETRI SU CUI SI È AGITO SONO :

1. Cp regola l’aliquota di energia cinetica trasferita dal campo di moto principale al microcampo turbolento;

2. Cd regola l’aliquota di energia cinetica del microcampo turbolento dissipata in calore;

3. Cl regola il valore della macroscala di turbolenza

4. Costante di wall-combustion che regola la velocità di combustione nella fase di wall-combustion

=

P

P tKcP

DD tkcD

wcbb xx ,

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TARATURA MODELLO

PRESSIONI ISTANTANEE NEL CILINDRO G.N PARI LAMBDA

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TARATURA MODELLO

G.N MAGRO:

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TARATURA MODELLO

G.N MAGRISSIMO:

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TARATURA MODELLO

Pressioni istantanee cilindro: Benzina

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TARATURA MODELLO

Rendimento Meccanico

BENZINA

Taratura Modello di

Combustione

Taratura Modello delle

Perdite meccaniche

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CONCLUSIONI

Conclusioni Lo schema del motore finale risulta ben sviluppato e tarato,

dunque il codice permette di simulare in maniera ACCETTABILE il funzionamento del motore stesso ANCHE CON

ALIMENTAZIONE A GAS NATURALE OLTRE CHE BENZINA

Sviluppi Futuri

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CONCLUSIONI

I RISULTATI OTTENUTI QUINDI, POTRANNO ESSERE PER IL FUTURO L’INPUT DI BASE PER L’APPLICAZIONE DEI METODI DI OTTIMIZZAZIONE MULTI-OBIETTIVO IN MODO DA POTER AVERE UNA VALUTAZIONE OTTIMALE DI TUTTE LE VARIABILI CONSIDERATE IN TALE LAVORO DI TESI.

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CONCLUSIONI

Ogni problema di ottimizzazione è caratterizzato dalla presenza contemporanea di più obiettivi, cioè funzioni a valori reali da massimizzare e/o minimizzare, tipicamente in contrasto tra loro

Ottimo secondo Pareto

Grazie per la CorteseAttenzione.

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TARATURA MODELLO

Coefficiente FCD

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TARATURA MODELLO