Capitolo 9
Simulazione monodimensionale di un iniettore Swirl
9.1 Obiettivi della simulazione
Con l’ausilio di un software C.F.D monodimensionale è stato modellato un iniettore di tipo swirl con lo scopo di calcolare le velocità di efflusso e la quantità di combustibile iniettato, tali risultati verranno in seguito utilizzati come condizioni al contorno per il software di simulazione dello spray. Per questo motivo si è focalizzata l’attenzione sul transitorio di iniezione e, anche se il modello lo permetterebbe, non si sono analizzati i fenomeni relativi alla propagazione delle onde di pressione all’interno del circuito idraulico.
9.2 Modello Hydsim dell’iniettore swirl
Utilizzando le medesime ipotesi di modellazione relative all’iniettore pintle ricordate nel paragrafo 7.2, mediante il software Hydsim di AVL, è stato costruito un modello dell’iniettore swirl partendo dalla sua geometria. Il circuito risultante è costituito da elementi semplici quali linnee, volumi, orifizi, valvole e modella dal punto di vista idraulico il comportamento dell’iniettore. È possibile visualizzare l’andamento della pressione nei vari punti del circuito, nonché l’andamento di altri parametri altrettanto importanti, quali portata e sezioni di passaggio al variare delle condizioni operative del sistema di iniezione.
Per la simulazione è stato utilizzato, come per il modello dell’iniettore pintle, un time step di 1x10-8 secondi per garantire la convergenza dei calcoli.
Per lo schema del modello idraulico dell’iniettore si veda la figura seguente.
Fig.9.1: modello monodimensionale di un iniettore swirl della Siemens VDO
9.3 Condizioni di prova simulate e dati necessari
Anche in questo caso, per saggiare la robustezza del successivo modello di breakup, sono state simulate due differenti condizioni di iniezione.
1. pressione ambiente di iniezione pari a 1 bar 2. pressione ambiente di iniezione pari a 10 bar
La pressione di alimentazione del circuito idraulico viene mantenuta costante durante le prove ed è pari a 70 bar, valore che rappresenta la pressione fornita dal rail del sistema di iniezione. Come dati di ingresso il modello ha bisogno della legge di apertura dell’iniettore, delle
È invece stata assunta una diversa legge di apertura, sempre però a forma di trapezio:
Fig.9.2 andamento della sezione di uscita dell’iniettore in funzione del tempo
L’iniezione ha inizio all’istante t = 0,10 ms e termina all’istante t = 1,40 ms. La rampa di salita ha durata di 0,3 ms così come la rampa di discesa, il tempo di permanenza all’apertura massima di 0,70 ms.
9.4 Risultati della prova con 1 bar di contropressione
• Pressione all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore
Fig.9.3: andamento della pressione all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore Si notano le oscillazioni di pressione durante il transitorio di iniezione e quelle relative alla chiusura del circuito idraulico. Naturalmente, sia per la differente geometria interna che per il minore valore della pressione di alimentazione, le oscillazioni hanno un ampiezza minore rispetto ai risultati ottenuti per l’iniettore pintle.
Facendo un ingrandimento nella zona di assestamento della portata se ne può apprezzare meglio l’andamento durante il transitorio di iniezione:
Fig.9.5: ingrandimento della zona di assestamento della portata
Tramite questa immagine si può apprezzare la variazione della portata negli istanti successivi alla completa apertura dell’iniettore.
• Portata cumulativa di iniezione
Fig. 9.6: andamento della portata cumulata all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore. Nota la portata complessiva in mm3 si può risalire alla quantità iniettata in g tramite la densità del combustibile che di 8*10-4 g/mm3. Si trova che la quantità di combustibile iniettato è pari a 0,0072 g.
Conoscendo sia l’andamento della portata sia l’andamento della sezione è possibile ricavare il profilo delle velocità all’uscita dell’iniettore così come è stato fatto per l’iniettore pintle.
• Profilo delle velocità di iniezione
0 20 40 60 80 100 120 140 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 tempo (ms) vel oci tà ( m /s )
9.5 Risultati della prova con 10 bar di contropressione
• Pressione all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore
Fig.9.8: andamento della pressione all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore
• Portata all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore
• Portata cumulativa di iniezione
Fig. 9.10: andamento della portata cumulata all’altezza dell’orifizio di uscita dell’iniettore. Nota la portata complessiva in mm3 si può risalire alla quantità iniettata in g tramite la densità del combustibile che è di 8*10-4 g/mm3. Si trova che la quantità di combustibile iniettato è pari a 0,0067 g.
Una volta noto l’andamento della portata di iniezione e della sezione di passaggio effettiva si è ricavato il profilo delle velocità all’uscita dell’iniettore.
• Profilo delle velocità di iniezione
60 80 100 120 140 v e lo c it à ( m /s )
Anche in questo caso è facile notare come diminuisca la velocità di iniezione a causa del minor salto di pressione esistente fra iniettore ed ambiente di iniezione.
A questo punto sono note tutte le condizioni iniziali necessarie al software Kiva – 3v. Nel capitolo seguente i risultati del modello monodimensionale verranno sfruttati come input per la simulazione dello spray generato da un iniettore swirl.
