Optymalizacja konstrukcji silników o spalaniu wewnętrznym
Wymaga się, aby systemy wtrysku paliwa w popularnych silnikach samochodowych Diesla pracowały prawidłowo w bardzo zmiennych warunkach, ponieważ ciśnienie paliwa spada miejscowo poniżej prężności pary. W paliwie powstają pęcherzyki pary, która następnie kondensuje w obszarach o wyższym ciśnieniu, powodując zapadanie się znacznej ilości pęcherzyków, co może prowadzić do erozji kawitacyjnej elementów systemów wtrysku. W ramach europejskiego projektu PREVERO w laboratoriach firmy AVL List GmbH zbadano różne konfiguracje testowe. Doświadczalne badania przepływu przez otwory dysz o rozmiarach rzeczywistych ujawniły złożoność struktur powstających w różnych warunkach pracy, przy których następuje kawitacja. Aby lepiej zrozumieć przepływy kawitacyjne i ich wpływ na działanie i trwałość systemów wtrysku paliwa, porównano zmierzone wartości współczynnika wypływu z wartościami przewidywanymi na podstawie modelu. Mówiąc bardziej szczegółowo, korzystając z metod obliczeniowej dynamiki płynów (CFD, Computational Fluid Dynamics) opracowano wielowymiarowy model wyjaśniający powstawanie i rozwój kawitacji wewnątrz otworów dysz oraz oceniono uzyskane za jego pomocą wyniki w porównaniu do zebranych danych doświadczalnych. Oceniono wpływ założeń modelu kawitacji oraz modeli podrzędnych dla interakcji faz na przewidywane wyniki wypływu z dyszy. W celu optymalizacji możliwości przewidywania z użyciem tego modelu matematycznego zastosowano dodatkowe aspekty obliczeń numerycznych i schematu dyskretyzacji. Ten model matematyczny opiera się na przedstawieniu wielofazowych przepływów wielu płynów. Weryfikowano go na poziomie pozwalającym na przydatną identyfikację wielu rodzajów wpływu kawitacji na wydajność dysz. Kawitacja ma znaczny wpływ na proces atomizacji wypływającego paliwa, który z kolei jest jednym z kluczowych czynników oddziałujących na wydajność i emisje wylotowe silników wtryskowych Diesla. Funkcja modelowania kawitacji, wdrożona w module eulerowskich przepływów wielofazowych (Eulerian Multiphase Module) wchodzącym w skład komercyjnego oprogramowania FIRE, może być w znacznym stopniu pomocna przy opracowywaniu i optymalizacji systemów wtrysku paliwa.
