Modellazione integrata 1D-3D di flussi instazionari con trasporto delle specie chimiche, applicata alla simulazione di motori a combustione interna

This Master Thesis can be situated in the integrated 1D-3D simulation field. An internal combustion engine was modelled by the integrated approach with the aim of valuing its perfomances. In this particular case, the 3D model of the airbox was inserted in the monodimensional motor scheme, because of its complex geometry and its influence on engine's working. At the beginning chemical species' transport was implemented in the Gasdyn code developed by Politecnico di Milano. Updating the code has been created an alternative to the previous perfect gas model. The JANAF tables were used to define the thermochemical properties of the species. Subsequently transport of species has been implemented in code working in the 3D field (OpenFoam). Coupling the two codes made possible to adopt an integrated model that considers chemical composition's variations and the resulting changes of properties. The analys was focused especially on the fuel injection in the airbox, considering its effects on the whole intake system.

Il presente lavoro di tesi si colloca nell'ambito delle simulazioni integrate 1D-3D. Con questo approccio si è modellato un motore a combustione interna di tipo motociclistico al fine di valutarne le prestazioni. In particolare, all'interno del modello monodimensionale del propulsore, è stata inserita la modellazione tridimensionale della scatola di aspirazione, poichè caratterizzata da una geometria complessa che influenza notevolmente il funzionamento del motore. Inizialmente è stato implementato, nel codice Gasdyn sviluppato dal Politecnico di Milano, il trasporto delle specie chimiche in una miscela di gas ideali, come alternativa all'utilizzo di un modello a gas perfetto con calori specifici costanti. Per definire le proprietà delle specie chimiche sono state utilizzate le funzioni polinomiali derivanti dalle tabelle JANAF. Una volta implementato il trasporto delle specie nel codice 1D è stato modificato anche il codice OpenFoam, che elabora il dominio 3D, al fine di poter utilizzare un modello integrato 1D-3D che consideri le variazioni di composizione del fluido e quindi delle proprietà che ne derivano. Particolare attenzione è stata dedicata agli effetti sul sistema di aspirazione, dovuti all'iniezione di combustibile all'interno della scatola filtro.