Validation of atomization and evaporation models for fuel spray in constant volume experiments under non-reacting conditions

In this work, a numerical investigation has been performed to study the atomization and evaporation of a liquid fuel in non reacting conditions in a constant-volume vessel. Work has been carried out using the capabilities of OpenFOAM©code, which provides an open-source framework for 3D-CFD simulations. The spray is modeled with the Eulerian-Lagrangian approach and KHRT break up model was adopted to describe the primary break-up of the liquid-jet under high injection pressures. As a general methodology, this study is based on simulating free n-heptane and dodecane sprays injected into a constant volume vessel. A relevant contribution to the availability of suitable and accessible experimental data is represented by the Engine Combustion Network (ECN) database, which is of great interest for model development and validation because of the well-defined boundary conditions and the wide range of conditions employed. In the current work, we perform measurements of jet global quantities such as vapor-phase penetration, liquid-phase penetration over a range of conditions in a high-temperature, high-pressure vessel. The model predictions also produce local mixture fractions and experimental data of the ECN database were used to validate.

Nel presente lavoro di tesi sono state eseguite diverse simulazioni numeriche con lo scopo di studiare I meccanismi di atomizzazione ed evaporazione di un combustibile liquido in una camera di combustione a volume costante. Le simulazioni sono state condotte utilizzando il software opensource OpenFOAM© e modellando lo spray secondo un approccio Euleriano-Laraangiano, mentre per descrivere i meccanismi di breakup dello spray si é scelto di utilizzare il modello KHRT. Si é inoltre scelto di impiegare due diversi tipi di combustibile: l'n-eptano e il dodecano. Questa scelta é motivata dal rilevante contributo offerto dall'”Engine Combustion Network (ECN) database” che mette a disposizione una notevole quantitá di dati sperimentali utili a testare e validare I modelli numerici implementati. Nel presente lavoro sono state eseguite misure numeriche di penetrazione del getto di combustibile sia in termini di liquido che di vapore al variare delle condizioni ambiente di pressione e temperatura. Infine sono stati eseguiti dei confronti tra dati sperimentali e numerici in termini di diffusione locale del vapore di combustibile.