masterThesis
Metodologia de correlação e análise de modelos fluidodinâmicos 1D para motores de combustão interna
Autor
GERVASIO, Daniel Teixeira
Institución
Resumen
HENRIQUEZ GUERRERO, Jorge Recarte, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: HENRIQUEZ, Jorge Recarte Guerrero O objetivo do trabalho é mostrar o processo de correlação e avaliação de desempenho de um motor ciclo Otto via simulação fluido-termodinâmica 1D como ferramenta para auxiliar o desenvolvimento dos motores, reduzindo o tempo de projeto, os custos com produção de caros protótipos e as horas de teste em dinamômetro. Adicionalmente e de forma complementar, pretende-se mostrar a capacidade de otimizar o produto via simulação, variando diversos parâmetros físicos e geométricos sem a necessidade da construção de inúmeros protótipos para validação de conceitos e de desempenho do motor. Esta metodologia de análise e projeto permite realizar os testes em dinamômetro apenas o protótipo de “motor ideal”, economizando tempo e recursos financeiros. Além disso, com base em um modelo de motor correlacionado virtualmente, podem-se avaliar soluções em vários estágios de desenvolvimento. Além de ser capaz de prever os impactos das modificações, permite também gerar dados de entrada para várias outras avaliações CAE, como durabilidade do motor, simulações em CFD 3D e NVH, garantindo uma alta qualidade e confiabilidade no desenvolvimento de projeto. Neste estudo, um modelo 1D GT-Power de um motor Flex Fuel usando E22 com combustível, é usado como base para auxiliar a fase de projeto e todo o programa de desenvolvimento de um motor sobrealimentado via turbo compressor. O modelo foi desenvolvido utilizando-se, na primeira fase, um modelo de combustão prescritivo usando dados de combustão impostos, na segunda fase, um modelo de combustão preditiva de chama turbulenta para prever o comportamento do motor após a correlação com os dados do dinamômetro. Este trabalho enfatiza a importância dos modelos 1D no desenvolvimento de motores, com base na correlação de dados de teste, como: fluxo de ar, fluxo de combustível, BMEP, IMEP, Torque, fração de massa queimada a 50%, duração da combustão, pressão no cilindro entre outros, para a correta correlação e posterior desenvolvimento do motor. The present work intends to show the correlation process and performance evaluation of an Otto cycle engine through 1D fluid-thermodynamic simulation as a tool to aid engines development, reducing design time, cost of producing expensive prototypes and dynamometer test hours. Additionally, in a complementary way, it shows the ability to optimize the product through simulation, varying several physical and geometric parameters without need to build numerous prototypes for concepts validation and for engine performance. This methodology of analysis and design allows to bring to dynamometer tests only the concept of "ideal engine". Based on a virtual correlated engine model, solutions can be evaluated at various stages of development. In addition to being able to predict the modification impacts, it also allows to generate input data for several other CAE evaluations, such as engine durability, 3D CFD and NVH simulations, ensuring high quality and reliability in project development. In this study, a 1D GT-Power model of a Flex Fuel engine, using E22 with fuel, is used as a basis to aid the design phase and the entire development program of a turbocharged engine. The model was developed using, in the first phase, a prescriptive combustion model using imposed combustion data, in the second phase, a predictive combustion model with turbulent flame to predict the engine behavior after the correlation with the dynamometer data. This work emphasizes the importance of 1D models in engines development, based on test data correlation, such as: airflow, fuel flow, BMEP, IMEP, Torque, 50% burned mass fraction, combustion duration, in cylinder pressure and etc. for the correct correlation and subsequent development of the engine.