Dinamica di spray e impatto su parete riscaldata
La modellistica multidimensionale della dinamica di spray liquidi in atmosfera gassosa consente di ottenere informazioni molto dettagliate che si rivelano particolarmente utili per la progettazione ottimale dei sistemi di iniezione suscettibili di impiego nei motori a combustione interna.
La simulazione di spray diesel ad elevata pressione da iniettori di nuova generazione riveste una particolare importanza anche in virtù del coinvolgimento dell’Istituto Motori nell’ambito dell’Engine Combustion Network (ECN). Le simulazioni numeriche eseguite su diverse configurazioni di iniettori rappresentano uno strumento utile per lo sviluppo del sistema di iniezione in fase prototipale. La validazione dei sotto-modelli è effettuata sulla base di dati raccolti nell’ambito di esperimenti mirati condotti eseguiti presso il Laboratorio spray dell’Istituto e all’interno del circuito ECN, in serbatoi otticamente accessibili, nei quali si realizzano condizioni controllate di temperatura e pressione. L’evoluzione spazio-temporale di spray Diesel ad elevata pressione in condizioni che riproducono quelle motoristiche, caratterizzata mediante tecniche Schlieren e/o Mie scattering, può essere confrontata con le previsioni numeriche in termini di distribuzione di liquido e di vapore. Ad esempio, la figura mostra il confronto numerico-sperimentale relativo ad uno spray Diesel iniettato alla pressione di 180 MPa da un iniettore monoforo disposto assialmente.
Evoluzione di uno spray Diesel alla pressione di iniezione di 180 MPa: risultati numerici (prima e terza riga) e immagini sperimentali (seconda e quarta riga) per iniettore a singolo foro disposto assialmente
Per quanto riguarda i motori ad accensione comandata, è ben noto che di recente l’iniezione diretta viene considerata come la tecnologia più efficace per realizzare in maniera ottimale la formazione della miscela aria-combustibile in ciascuna condizione di funzionamento del motore, attraverso la cosiddetta stratificazione della carica intorno agli elettrodi della candela, ovvero per creare una miscela omogenea stechiometrica o leggermente ricca ai carichi più elevati. L’impatto di uno spray sulle pareti pistone o cilindro provoca la formazione di un film liquido (wallfilm) e la cosiddetta atomizzazione secondaria di goccioline. Il wallfilm può non avere dimensioni trascurabili, soprattutto nei casi in cui la formazione della miscela è realizzata sotto una modalità parete guidata
Studi dettagliati in Istituto Motori sono focalizzati sulla caratterizzazione dei due spray fori singoli e spray multi-foro nel loro impatto su piatti freddi o caldi. 3D CFD GDI spruzzare sotto-modelli sono valutati basandosi su dati sperimentali raccolti nelle campagne correttamente realizzati, con la portata della loro domanda entro simulazioni numeriche di interi cicli motore funzionante. Uno spray libera sub-modello di alta portabilità è stata sviluppata all’interno dell’ambiente AVL FireTM, adatto per essere applicato per i diversi iniettori, mentre uno spray-parete impingement sub-modello ha reso evidenti i fenomeni del spruzzi di benzina e di deposizione su pareti riscaldate.
