A new automated parametric mesh generation method for ICE geometries

Fluid dynamics simulations inside internal combustion engines with complex geometries involve rigid body motion, large mesh deformations and changes in the domain topology which may alterate the accuracy of the results. Creating a valid computational grid of some critical parts of these engines, as the valves and injectors, still represents an open challenge. The purpose of this thesis work is to develop an automated mesh generation strategy in the open-source software OpenFOAM, for ICE geometries, to efficiently handle the rigid motion of the moving boundaries. The work focuses on the generation phase and on the choices behind the final structure of the mesh. Building the vertices and the blocks already oriented and morphed with respect to the final configuration allows to achieve several advantages in terms of quality conservation and computational time reduction. A dynamic mesh strategy based on topological changes will be used to handle the domain motion. The step-by-step procedure for the definition of the files needed to generate the mesh is reported. Finally, a new application inside OpenFOAM for the mesh generation in ICE geometries is proposed, along with alternative fluid dynamics cases. The thesis work is devoted to the development of a high-quality parametric grid, by a robust, reliable and automated methodology that works for different geometric input parameters.

Le simulazioni fluidodinamiche relative ai motori a combustione interna caratterizzati da geometrie complesse includono il moto di corpi rigidi, grandi deformazioni della mesh e cambiamenti topologici del dominio che possono alterare l’accuratezza dei risultati. La creazione di una griglia computazionale valida in alcune parti critiche di questi motori, come le valvole e gli iniettori, rappresenta una vera e propria sfida. Obiettivo di questo lavoro é progettare e sviluppare, con l’uso del software open source OpenFOAM, un’automatica ed efficiente strategia per la costruzione di una mesh strutturata a blocchi. La strategia deve essere in grado di creare una mesh valida per ogni tipologia di motori a combustione interna e di approssimare correttamente il movimento della geometria. La costruzione di vertici e blocchi orientati rispetto alla configurazione finale consente di ottenere molti vantaggi in termini di conservazione della qualitá e riduzione del tempo computazionale necessario. Viene quindi utilizzata una strategia dinamica basata su cambiamenti topologici per approssimare correttamente il movimento del dominio. La procedura per la definizione dei componenti necessari per la costruzione della mesh finale é riportata nel dettaglio. Infine, viene proposta la creazione di una nuova applicazione all’interno di OpenFOAM, per la creazione della mesh dedicata a geometrie di motori a combustione interna. Il lavoro di tesi ha come principale obiettivo lo sviluppo di una mesh di alta qualitá con le seguenti caratteristiche: parametrica, semplice, riproducibile, valida per diversi parametri geometrici e ottenibile in maniera automatica cambiando solamente il valore iniziale di alcuni dati iniziali.