masterThesis
Simulação da transferência de calor conjugado e estudo paramétrico no cabeçote do motor de combustão interna EtorQ 1.6
Autor
ALVES, Luiz Otávio Ferrão Teixeira
Institución
Resumen
O propósito do atual trabalho é realizar um estudo térmico do cabeçote de um motor de combustão interna (MCI) comercial. Este estudo visa obter o mapa térmico do cabeçote com o acréscimo de um turbocompressor e avaliar se este componente irá suportar as altas temperaturas do processo. Todo o trabalho foi realizado no software Star-CCM+, uma ferramenta numérica de simulação CFD, que permitiu realizar uma análise CHT (Conjugate Heat Transfer) do motor. A simulação CHT é importante pois leva em consideração a interação do fluido refrigerante, presente na camisa d’água, com a parte sólida do motor, para então contabilizar a taxa de transferência de calor entre eles. Este estudo é muito relevante para o desenvolvimento de novos motores pois permitem diminuir, significativamente, os números de protótipos realizados, além de economizar tempo e recursos financeiros. O motor analisado foi o EtorQ 1.6 SOHC Flex-Fuel, que por meio de uma parceria com a FCA disponibilizou o CAD do modelo. As condições de contornos necessários para o desenvolvimento da pesquisa foram obtidas a partir de trabalhos publicados em periódicos e de uma simulação fluido-termodinâmica 1D, que foi exposta em um outro trabalho de mestrado do PPGEM-UFPE. Além de avaliar o comportamento térmico do cabeçote, o atual trabalho também visa analisar o comportamento da camisa d’água e realizar alguns estudos paramétricos desejando diminuir os picos de temperaturas alcançados no cabeçote, aumentar a velocidade do escoamento e eliminar regiões de estagnação do fluido. Os estudos paramétricos visaram alterar a composição do fluido refrigerante, rearranjar espacialmente o escoamento da camisa d’água e alterar taxa de transferência de calor do ar atmosférico. Por fim, percebe-se que um aumento na composição de etilenoglicol ocasiona um aumento direto nas temperaturas do cabeçote; existem formas de modificar o fluxo do fluido refrigerante da camisa d’água que possibilitam a melhora do escoamento presente no cabeçote, e que modificar os parâmetros do ar atmosférico pode acarretar uma diminuição da temperatura do cabeçote. The goal of the present work is to conduct a thermal study of the internal combustion engine (ICE) head used commercially. This study aims to obtain the thermal map of the engine head with the implementation of a turbocharged on the engine, and know if this part will withstand the high temperatures reached during the process. All the work was done at a CFD simulation software Star-CCM+, that allowed to perform a CHT (Conjugate Heat Transfer) analysis of the engine. This CHT simulation is important because it takes into account the interaction of the coolant fluid, present at the water jacket, with the engine solid parts, being able to account the rate of heat transfer between them. This study is very relevant for the development of new engines because it can drastically reduce the number of prototypes, in addition to saving time and financial resources. The engine analyzed was the EtorQ 1.6 SOHC Flex-Fuel, which through a partnership with FCA made available the engine CAD model. The boundary condi-tions needed for the development of the research were obtained from papers published in jour-nals and a fluid-thermodynamic 1D simulation, which was presented in another mater’s work from PPGEM-UFPE. In addition to evaluating the thermal behavior of the engine head, the present work also aims to analyze the behavior of the water jacket and to perform some para-metric studies aiming to reduce the peaks of temperatures reached in the engine head, increase the flow velocity and eliminate regions of fluid stagnation. The parametric studies aimed to change the coolant fluid composition, spatially rearranging the water jacket and changing the heat transfer rate of the atmospheric air. Finally, it is notice that increasing the percentage of ethylene glycol also increases the engine head temperature; it is possible improve the intern flow of the water jacket modifying the coolant fluid flow, and changing the proprieties of the air could indicate an decrease of the engine head temperature.