Optimización del diseño de motores de combustión interna
Los sistemas de inyección de combustible en los motores diesel de automoción comunes necesitan funcionar correctamente en unas condiciones operativas que varían mucho, puesto que la presión del combustible disminuye localmente por debajo de la presión del vapor. En el combustible se forman burbujas de vapor, y cuando posteriormente el vapor se condensa en regiones de presión más alta, los esfuerzos de compresión axial de burbujas pueden llevar a la erosión de la cavitación de los componentes de los sistemas de inyección. En el marco del proyecto europeo PREVERO, se investigaron diferentes configuraciones de pruebas en los laboratorios de AVL List GmbH. Estudios experimentales del flujo en el interior de geometrías de toberas de tamaño real revelaron la complejidad de las estructuras formadas sobre una serie de regímenes de cavitación. En un intento por lograr un mejor entendimiento de los flujos de cavitación y de sus efectos sobre el rendimiento y la durabilidad de los sistemas de inyección de combustible, se compararon mediciones de coeficientes de descarga con predicciones de modelo. Más concretamente, se desarrolló y evaluó un modelo de dinámica de fluidos computacional multidimensional que muestra el comienzo y el desarrollo de la cavitación dentro de las aberturas de las toberas frente a los datos experimentales recogidos. También se evaluaron los efectos de los supuestos de los modelos de cavitación, así como aquellos de los submodelos para interacciones de fase en los resultados previstos de la descarga de toberas. Se emplearon consideraciones adicionales de la implementación numérica y del esquema de discretización para optimizar la capacidad predictiva de este modelo matemático. Basado en la formulación de multifluidos de flujos multifases, este modelo matemático ha sido validado hasta el nivel en el que puede identificar de manera útil muchos de los efectos de la cavitación en el rendimiento de las toberas. La cavitación influye de manera considerable en el proceso de pulverización del combustible emergente que, a su vez, es uno de los factores clave que afecta el rendimiento y las emisiones de gases de los motores diesel de inyección. Puesto en práctica en el módulo Eulerian Multiphase del código comercial FIRE, el modelado de cavitación puede contribuir de manera importante a la optimización y el diseño de sistemas de inyección de combustible.
