Modelación de los procesos de combustión en un motor de gasoil
Los motores de gasoil proporcionan un ahorro considerable en el consumo de combustible y durabilidad en vehículos pesados (como camiones y autobuses) y también en maquinaria que no se emplee para transporte por carretera. No obstante, un reto tecnológico que está pendiente es reducir los óxidos de nitrógeno (NOx) y las partículas que emiten los motores de gasoil de mezcla pobre. Los ingenieros se enfrentan a un problema que consiste en optimizar numerosos parámetros: la inyección a alta presión de combustible en la cámara de combustión contribuye a reducir la emisión de hollín, pero al mismo tiempo incrementa la cantidad de óxidos de nitrógeno. Dentro de MINNOX se han desarrollado instrumentos numéricos con capacidad predictiva a fin de proporcionar los medios esenciales para conseguir un buen consumo de combustible y, a la vez, evitar la formación de gases de escape nocivos. Los investigadores de los laboratorios de Volvo Technology Corporation se dedicaron a elaborar modelos más realistas de los flujos turbulentos de pared. Resulta imprescindible predecir con exactitud la fricción parietal y la transferencia de calor, como también lo es establecer condiciones de frontera fiables de cara al análisis térmico de los componentes. Los submodelos correspondientes a cada proceso de flujo y combustión en el interior de la cámara se validaron en primera instancia con el uso de MERMAID, el solucionador de flujos para Dinámica de Fluidos Computacional (DFC) del proyecto. Se cubrieron los efectos de la transferencia de calor a los pistones del motor y también la recirculación de los gases de escape y se constató que los submodelos eran precisos en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. No obstante, se prestan a mejoras que podrían posibilitar la predicción de la acumulación de residuos y carbono alrededor de los pistones, al tiempo que se prolongaría la vida útil del motor. Se exploró la posibilidad de trabajar con independencia de un solucionador de DFC, pero también se desarrollaron interfaces bien definidas con algunos solucionadores que están a la venta, como el código STAR-CD, cuyo uso está muy extendido. También se tuvieron en cuenta la eficacia y solidez que requieren los ingenieros a la hora de efectuar cálculos de DFC relativos a los procesos de flujo y combustión.
