Unified post-processing method for accurate heat release rate analysis with 1D fluid-dynamic model: simulation vs measured data

Virtual simulation has become increasingly important in reducing the time and cost of experimental campaigns. Advances in computer technology have enabled accurate mathematical prediction of complex phenomena such as combustion and gas motion through time and space discretization. This allows for optimization and understanding of interdependencies among parameters, including those that may be difficult or impossible to measure experimentally. Both 1D and multi-D approaches can be used to predict different quantities and understand the influence of various variables on different phenomena, including pollutant emissions using GasDyn. A distinction must be made between 1D and 3D simulation approaches, with 3D models being more complex, expensive, and precise for studying individual processes or engine zones in depth, while 1D models are more suitable for modelling the entire engine to evaluate global parameters and performance. This thesis emphasizes the need for a consistent methodology for analysing heat release laws and the ability of a 1D model to accurately predict Heat Release Rate, performance, and emissions of a modern GDI engine. This master’s thesis demonstrates the benefits of using a unified post-processing method for comparison between the behaviour of simulated and real engines trough a specially constructed and assembled MATLAB model for the post-processing of various parameters. The goal of this model is to provide a reliable and realistic means of postprocessing data, allowing for a more accurate understanding of engine behaviour and performance. By utilizing advanced mathematical techniques and algorithms, the MATLAB model can process and analyse data in a manner that provided valuable insights into the operation of internal combustion engines. This approach represents a significant advancement in the field of engine analysis, providing researchers with a powerful tool for understanding and optimizing engine performance.

La simulazione virtuale è diventata sempre più importante per ridurre il tempo e i costi delle campagne sperimentali. I progressi nella tecnologia informatica hanno permesso una previsione matematica accurata di fenomeni complessi come la combustione e il moto dei gas attraverso la discretizzazione del tempo e dello spazio. Ciò consente l’ottimizzazione e la comprensione delle interdipendenze tra i parametri, anche quelli che possono essere difficili o impossibili da misurare sperimentalmente. Sia gli approcci 1D che multi-D possono essere utilizzati per prevedere diverse quantità e comprendere l’influenza di varie variabili su diversi fenomeni, incluso le emissioni di inquinanti utilizzando GasDyn. Deve essere fatta una distinzione tra gli approcci di simulazione 1D e 3D, con i modelli 3D più complessi, costosi e precisi per lo studio di processi o zone del motore individuali in profondità, mentre i modelli 1D sono più adatti per la modellizzazione dell’intero motore per valutare i parametri e le prestazioni globali. Questa tesi sottolinea la necessità di una metodologia coerente per l’analisi delle leggi di rilascio del calore e la capacità di un modello 1D di prevedere con precisione il tasso di rilascio del calore, le prestazioni e le emissioni di un moderno motore GDI. Questa tesi di laurea dimostra i vantaggi dell’utilizzo di un metodo di post-elaborazione unificato per il confronto tra il comportamento dei motori simulati e reali attraverso un modello MATLAB appositamente costruito e assemblato per la post-elaborazione di vari parametri utili per l’analisi dei motori a combustione interna. L’obiettivo di questo modello è fornire un mezzo affidabile e realistico per la post-elaborazione dei dati, consentendo una comprensione più accurata del comportamento e delle prestazioni del motore. Utilizzando tecniche matematiche avanzate e algoritmi, il modello MATLAB è in grado di elaborare ed analizzare i dati in modo da fornire preziose informazioni sul funzionamento dei motori a combustione interna. Questo approccio rappresenta un significativo vantaggio nel campo dell’analisi motoristica, fornendo ai ricercatori uno strumento potente per comprendere ed ottimizzare le prestazioni.