Simulazione 1D dei flussi instazionari nei motori a c.i. mediante i metodi numerici CE-SE e GC-TVD

The aim of this work is to evaluate the performances of the numeric methods Space-Time Conservation Element and Solution Element (CE-SE) and the Gascon -Corberan TVD (GC-TVD) for the resolution of the one-dimensional flows in the ducts of internal combustion engines. The CE-SE is an innovative shock capturing method, based on a double division of the space-time plane that produces second-order accurate solutions in both space and time. The GC-TVD is a finite difference symmetrical method, that extends the traditional Lax scheme and enforces the conservation of the flux variables. Both methods are first investigated with experimental tests and compared with the classical second order schemes, and then applied to complex combustion engines, with the aid of the software “Gasdyn”, developed by the Department of Energy of Politecnico di Milano. Particular focus is put on one hand on flows' conservation, a parameter of great engine influence, and on the other hand on the propagation of pressure waves. For both of them, the results are proved to be comparable or better than the ones obtained with the Lax Wendroff +FCT currently used in the software, when predicting simple monocylindric engines or complete automotive engines schemes developed by the Internal Combustion Engines Group of Politecnico di Milano Eventually, both the CE-SE and the GC-TVD are applied for the resolution of the ALFA ROMEO SI4_16V engine, showing good accordance with the experimental data and computational times similar or slightly higher to the one of the Lax Wendroff+FCT.

Questo lavoro di tesi ha come obiettivo valutare le prestazioni dei metodi numerici Space-Time Conservazion Element and Solution Element (CE-SE) e Gascon-Corberan-TVD (GC-TVD) nello studio del flusso monodimensionale instazionario nei condotti dei motori a combustione interna. Il CE-SE, è un metodo numerico innovativo, di tipo simmetrico, shock-capturing, basato su una doppia suddivisione del piano spazio-temporale che produce soluzioni accurate al secondo ordine sia nello spazio che nel tempo. Il GC-TVD, è un metodo simmetrico, alle differenze finite che estende lo schema di Lax, e pone una particolare attenzione alla conservazione delle variabili di flusso. Entrambi gli schemi vengono investigati dapprima con degli esperimenti teorici e confrontati con altri metodi numerici classici accurati al secondo ordine, per poi venire applicati direttamente ai motori a combustione interna grazie al programma di calcolo “Gasdyn”, sviluppato presso il Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Particolare enfasi è stata posta sulla conservazione della portata massica, parametro di grande significato motoristico, e sulla propagazione delle onde di pressione. Per entrambi i metodi, i risultati ottenuti si dimostrano simili o migliori di quelli offerti dal metodo LW2+FCT, correntemente utilizzato nel codice di calcolo, sia se applicati a motori monocilindrici sperimentali, sia che a schemi di motori automobilistici completi sviluppati dal Gruppo di Motori a Combustione Interna del Politecnico di Milano. Infine, entrambi i metodi vengono impiegati per la risoluzione del motore ALFA ROMEO SI4_16V mostrando un buon accordo con le grandezze sperimentali, e tempi di calcolo simili o poco superiori di quelli ottenuti dal metodo di LW2+FCT.