Tecniche di modellazione per un motore a combustione interna diesel turbosovralimentato

The present work concerns the one-dimensional modelling of a diesel turbocharged engine of small-medium displacement, proposing to validate the results obtained from the model by comparing it on the charts with the experimental relief provided by an external research institution. The software used for one-dimensional modelling is Gasdyn, a computational code developed by the Engine Crew of Politecnico di Milano. After an initial study on the fundamental equations describing the motion of flow inside a one-dimensional duct and the methods used by Gasdyn to solve the fluid dynamic problem, the activity has been developed starting from the study of some components of intake system and creating models dedicated, capable of reproducing the correct behaviour in case of stationary flushing. Subsequently, was studied the acoustics of the intercooler, focusing its contribution in reducing the gas-dynamic noise. So, the Transmission Loss of model was determined and comparing with the experimental. Finally, it was possible to arrive at the construction of the whole turbocharged engine model, simulating different testing conditions in steady state and transient state, focusing on the study of wave motion of gases into the intake and exhaust system, and comparing the numerical results with the experimental relief. To enrich the work, making a more detailed study of the intercooler engine, the latter was modelled with multidimensional approach. Starting from the virtual realization of the three-dimensional component, through the operation of discretization of the domain and assignment of boundary conditions, it was possible to simulate the stationary flushing whit OpenFOAM, a computational code developed for the multidimensional fluid-dynamic. The results obtained have allowed to validate the model of the intercooler and has also been possible to analyze the pressure and velocity fields in different sections of the component.

Il presente lavoro di tesi tratta la modellazione monodimensionale di un motore diesel turbosovralimentato di media-piccola cilindrata, proponendosi di validare i risultati ottenuti dal modello mediante il confronto grafico con i rilievi sperimentali sul motore reale forniti da un ente di ricerca esterno. Il software utilizzato per la modellazione monodimensionale è Gasdyn, codice di calcolo sviluppato dal Gruppo di motori del Politecnico di Milano. Dopo uno studio iniziale sulle equazioni fondamentali descriventi il moto di un fluido all’interno di un condotto monodimensionale ed i metodi numerici adottati da Gasdyn per risolvere il problema fluidodinamico, l’attività si è sviluppata partendo dallo studio di alcuni componenti dell’impianto di aspirazione del motore e creando dei modelli monodimensionali dedicati, atti a riprodurne il corretto comportamento nel caso di flussaggi stazionari. Successivamente, è stato studiata l'acustica dell’intercooler, focalizzando la sua attitudine nello smorzare il rumore di natura gasdinamica. Per far ciò, si è determinata la Transmission Loss del modello numerico, confrontandola con quella sperimentale. Infine, è stato possibile arrivare alla costruzione dell’intero modello del motore turbosovralimentato, simulando diverse condizioni di prova in regime stazionario e transitorio, concentrandosi principalmente sullo studio del moto ondoso dei gas nei sistemi di aspirazione e scarico, e confrontando i risultati numerici ottenuti con i rilievi sperimentali. Per arricchire il lavoro compiendo uno studio più approfondito sull’intercooler del motore, quest’ultimo è stato modellato attraverso un approccio multidimensionale. Partendo dalla realizzazione virtuale del componente tridimensionale, passando attraverso le operazioni di discretizzazione del dominio ed assegnazione delle condizioni al contorno, è stato possibile simulare dei flussaggi stazionari utilizzando OpenFOAM, codice di calcolo sviluppato per la fluidodinamica multidimensionale. I risultati ottenuti hanno permesso di validare il modello dell'intercooler ed inoltre è stato possibile analizzare il campo di pressione e di velocità in diverse sezioni del componente.