Numerical simulation of non-reactive evaporative Diesel sprays using OpenFOAM

Computational methods have been an indispensable tool in rapid engine design and improvement. Difficulties in direct experimental measurements of the optically thick liquid core in the diesel fuel injection, which occurs at high temporal and spatial resolutions, has resulted in various breakup models and methods to describe the injection physics. This work focuses on Eulerian-Lagrangian CFD simulation of the fuel injection inside the diesel combustion chamber in non-reactive conditions using Lib-ICE, an OpenFOAM Library. The model was tuned so that the simulation results were in agreement with the results of experimental data with regards to parameters such as liquid and vapor penetration and the spray mixing line. The case tuning involved turbulence model coefficient adjustment, turbulent Schmidt number modification and adjusting the parameters regarding a blob-KH/RT breakup scheme. Simulation fidelity with respect to ambient gas temperatures as well as simulating various spray nozzles was examined and discussed. The results was presented as contribution to the fifth ECN workshop under the third topic regarding evaporative spray simulation.

I metodi computazionali sono stati uno strumento indispensabile per uno sviluppo rapido dei motori. Le difficoltà nelle misurazioni sperimentali dirette del nucleo liquido otticamente profondo nell'iniezione del combustibile diesel, che si presenta a elevate risoluzioni temporali e spaziali, hanno portato a vari modelli e metodi di breakup per descrivere la fisica di iniezione. Presente lavoro di tesi si concentra sulla simulazione CFD Euleriana-Lagrangiana dell'iniezione del carburante all'interno della camera di combustione diesel in condizioni non reattive utilizzando Lib-ICE, una libreria OpenFOAM per la simulazione di motori a combustione interna. Il modello è stato sintonizzato in modo che i risultati della simulazione siano in accordo con i risultati di dati sperimentali relativi a parametri come la penetrazione di liquidi e vapori e la linea di miscelazione di spray. La sintonizzazione ha comportato l’adattamento del coefficiente del modello di turbolenza, la modifica del numero di Schmidt turbolento e la regolazione dei parametri relativi a un sistema di breakup blob-KH/RT. È stata esaminata e discussa l’affidabilità di simulazione rispetto alle temperature del gas ambiente e vari ugelli per gli spray. I risultati sono stati presentati in occasione del quinto seminario ECN sotto il terzo argomento relativo alla simulazione di spray evaporativo.