Transferencia avanzada de calor turbulento para motores de combustión interna
El flujo de aire y de combustible en los cilindros del motor de combustión interna es casi siempre turbulento. Cuanto más turbulento es el flujo de aire, mayor es el grado de mezcla de aire y combustible que puede lograrse antes del encendido. Aunque la turbulencia en el momento del encendido puede dar lugar a una combustión rápida y completa, también se asocia a tasas más elevadas de transferencia térmica a las paredes de los cilindros que reducen la eficiencia térmica del motor. En el marco del proyecto MINNOX, algunos de los nombres más importantes de la industria europea de la automoción han unido su experiencia y conocimientos con los de prestigiosas universidades de Europa, con el objetivo de desarrollar un modelo físico que permita realizar predicciones precisas de la transferencia térmica y del perfil de velocidad y temperatura dentro del cilindro de un motor de combustión interna. Esto modelo sería validado con mediciones realizadas por un dispositivo experimental avanzado desarrollado durante el proyecto. El enfoque numérico resulta especialmente atractivo para la industria del automóvil debido a su capacidad para producir y analizar resultados en un tiempo razonable. Puede acelerar de manera considerable el diseño de ingeniería y, asimismo, su proceso de optimización. El modelo propuesto por los socios del proyecto en la Universidad de Tecnología de Delft es sencillo, de modo que puede aplicarse en códigos comerciales de dinámica de fluidos computacional (CFD). Asimismo, es capaz de capturar los efectos más importantes que se producen en el cilindro del motor, incluidos los efectos cerca de la pared y los efectos transitorios. El enfoque adoptado en este trabajo fue el de los modelos elípticos de la relajación, que constituye un paso hacia adelante con respecto a los actuales modelos de dos ecuaciones, pero que se encuentra un paso por detrás del modelo completo de esfuerzos de Reynolds. Para un modelo de las turbulencias que requiera mallas computacionales suficientemente finas, se añadieron nuevas funciones de pared generalizadas que no están limitadas por las hipótesis comunes sobre el equilibrio. El modelo se verificó en configuraciones idealizadas y coincidió con los cálculos de temperatura y velocidad basados en datos experimentales y de simulaciones de grandes torbellinos (LES).
