1D thermo-fluid dynamic simulation of high performance Vee IC Engines

Nowadays, the automotive sector faces numerous changes due to increasingly stringent emission regulations, which are directing most research and development efforts toward the electric world. In spite of this transitional phase, internal combustion engines still occupy a very important share of the market, especially when it comes to heavy-duty vehicle propulsion; as a result, it is vital to continue developing endothermic engines capable of generating increasingly lower emissions in favor of environmental sustainability. For these reasons, it is essential to develop and validate predictive computational models that allow the performance of future engines to be simulated before proceeding to their actual implementation; the work that will be presented fits into this context: we will proceed to the analysis of some numerical calculation methods applied to two different endothermic engines (in particular, a V4 naturally aspirated ignition engine made by Aprilia and a V12 naturally aspirated ignition engine made by Lamborghini) to verify that these codes are able to represent, as faithfully as possible, the data obtained from bench tests; subsequently, data analysis will be carried out to evaluate the strengths and weaknesses of the different numerical methods used and to understand what aspects to intervene on in order to make the computational codes more reliable. Three numerical methods will be analyzed: CG-TVD, FSM and CG-TVD Staggered; simulations will be carried out for each of them on certain motor parameters and, subsequently, the different conclusions drawn will be discussed. Gasdyn, a predictive modeling software designed and developed by the Department of Energetics of the Politecnico di Milano, will be used for the simulations.

Al giorno d'oggi, il settore automobilistico affronta numerosi cambiamenti a causa delle normative sempre più severe sulle emissioni, che indirizzano la maggior parte degli sforzi di ricerca e sviluppo verso il mondo elettrico. Nonostante questa fase di transizione, i motori a combustione interna occupano ancora una quota molto importante del mercato, specialmente per quanto riguarda la propulsione dei veicoli pesanti; di conseguenza, è fondamentale continuare a sviluppare motori endotermici in grado di generare emissioni sempre più basse a favore della sostenibilità ambientale. Per questi motivi, è essenziale sviluppare e validare modelli computazionali predittivi che permettano di simulare le prestazioni dei motori futuri prima di procedere alla loro implementazione effettiva; il lavoro che verrà presentato si inserisce in questo contesto: procederemo all'analisi di alcuni metodi di calcolo numerico applicati a due diversi motori endotermici (in particolare, un motore a iniezione aspirato V4 realizzato da Aprilia e un motore a iniezione aspirato V12 realizzato da Lamborghini) per verificare che questi codici siano in grado di rappresentare, nel modo più fedele possibile, i dati ottenuti dai test su banco; successivamente, verrà effettuata un'analisi dei dati per valutare i punti di forza e le debolezze dei diversi metodi numerici utilizzati e per comprendere quali aspetti intervenire per rendere i codici computazionali più affidabili. Verranno analizzati tre metodi numerici: CG-TVD, FSM e CG-TVD Staggered; per ciascuno di essi verranno eseguite simulazioni su determinati parametri del motore e, successivamente, saranno discusse le diverse conclusioni tratte. Per le simulazioni verrà utilizzato Gasdyn, un software di modellazione predittiva progettato e sviluppato dal Dipartimento di Energetica del Politecnico di Milano.