Ottimizzazione della progettazione dei motori a combustione interna
I sistemi di iniezione del carburante nei comuni motori diesel d'automobile devono funzionare bene in condizioni operative molto variabili perché la pressione del carburante scende localmente al di sotto la pressione di vapore. Nel carburante si formano delle bolle di vapore e quando, in seguito a ciò, il vapore condensa in regioni di maggiore pressione, i carichi delle bolle che si sgonfiano possono portare all'erosione della cavitazione dei componenti del sistema di iniezione. Nell'ambito del progetto europeo PREVERO, i laboratori di AVL List GmbH hanno analizzato vari tipi di test. Gli studi sperimentali del flusso all'interno di geometrie di ugelli di dimensioni reali hanno rivelato la complessità delle strutture che si formano nel corso di una serie di regimi di cavitazione. Per comprendere meglio i flussi di cavitazione e i loro effetti sulle prestazioni e sulla durabilità dei sistemi di iniezione di carburante, sono state messe a confronto le misurazioni di coefficiente di scarico e le previsioni dei modelli. Nello specifico, è stato realizzato un modello multidimensionale di calcolo digitale per la dinamica dei fluidi (CFD) che rappresenta l'inizio e lo sviluppo della cavitazione nei fori dell'ugello e poi è stato valutato sulla base dei dati sperimentali raccolti. Poi sono stati valutati gli effetti delle ipotesi del modello di cavitazione e quelli dei sottomodelli per le interazioni di fase sui risultati previsti per lo scarico dell' augello. Per ottimizzare la capacità di previsione di questo modello matematico sono state impiegate ulteriori considerazioni sull'attuazione numerica e sullo schema di discretizzazione. Essendo basato sulla formulazione multifluida dei flussi multifase, questo modello matematico è stato convalidato fino al livello in cui è in grado di individuare in modo utile molti degli effetti di cavitazione sulle prestazioni dell'ugello. La cavitazione influenza in modo significativo il processo di atomizzazione del carburante emergente, che a sua volta è uno dei fattori fondamentali che influenzano le prestazioni e le emissioni dei gas di scarico dei motori diesel a iniezione. La modellizzazione di cavitazione, attuata nel modello euleriano multifase del codice commerciale FIRE, può contribuire in modo significativo alla progettazione e all'ottimizzazione dei sistemi di iniezione del carburante.
