Capitolo 6
Le condizioni al contorno: AVL Boost
6.1 Introduzione
Le condizioni al contorno per la nostra simulazione sono state determinate mediante il codice monodimensionale Boost di AVL.
Non andremo al di là di un breve cenno a tale programma, dato che nel nostro caso è stato usato solo per determinare l’andamento della pressione da imporre all’imbocco dell’aspirazione. Allo scopo è stato adottato un modello preparato durante precedenti tesi di laurea, dal momento che sono identiche le geometrie e le condizioni considerate.
6.2 Il codice monodimensionale
Il codice AVL Boost v4.0 appartiene alla categoria dei codici per simulazione fluidodinamica computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD) ed è finalizzato alla modellazione di motori volumetrici alternativi a combustione interna.
Il codice è in grado di effettuare una modellazione temporale di tipo instazionario del moto dei fluidi, per tener conto degli effetti dinamici che hanno luogo nei sistemi di aspirazione e scarico. Per quanto riguarda la loro dipendenza spaziale, il codice si avvale di una modellazione monodimensionale.
Il Boost schematizza il motore (figura 6.1) come una successione di elementi zerodimensionali (volumi) e monodimensionali. Nei primi il fluido possiede proprietà fisiche, uniformi in tutto il volume. Nei secondi i flussi vengono trattati come monodimensionali: temperature, pressioni e velocità sono ottenute dalla risoluzione delle equazioni gasdinamiche e rappresentano i valori medi sulle sezioni trasversali del tubo.[14]
Le condizioni al contorno
Ne è un’esempio l’elemento “pipe” che, utilizzato per la modellare i condotti, permette la simulazione della propagazione delle onde.
Ricapitolando, tali elementi vengono caratterizzati dall’utente precisando, per ognuno di essi domini, le caratteristiche geometriche e fisiche del problema (ad esempio le condizioni al contorno ed iniziali).
Inoltre vengono imposte le condizioni che permettono di particolareggiare l’analisi in una condizione di funzionamento (carico e velocità di rotazione) stazionaria o, per condizioni variabili, considerando l’evoluzione di un transitorio.
Per quanto riguarda la simulazione di fenomeni fisici assolutamente non rappresentabili con un modello monodimensionale (combustione, lavaggio, perdite meccaniche), il codice si avvale di appropriati sottomodelli fenomenologici o semiempirici.
Elementi e modelli sono accessibili da parte dell’utente attraverso un’interfaccia interattiva, che permette di impostare i calcoli e che mostra la risoluzione computazionale arrivando a fornire i risultati in forma grafica.
Infine Boost calcola fondamentali parametri motoristici, come la potenza e la coppia erogate, il consumo specifico, il coefficiente di riempimento, la pressione media effettiva e la pressione media indicata.
Fig. 6.1 - Il motore modellato con elementi zero dimensionali e monodimensionali cosi
come si presenta in ambiente Boost.
Le condizioni al contorno
Nelle figure successive sono riportati i risultati della simulazione relativi all’andamento della pressione all’imbocco del condotto di aspirazione, a carico massimo, e alla velocità di rotazione considerati nel nostro studio.
Pressure 86000 88000 90000 92000 94000 96000 98000 100000 102000 104000 106000 360 410 460 510 560 610 660 710 CRANKANGLE[deg] Pres s u re(Pa) Pressure
Fig. 6.2 - Andamento della pressione a carico massimo e 2000 giri/minuto.
Fig. 6.3 - Andamento della pressione a carico massimo e 3000 giri/minuto.
Fig. 6.4 - Andamento della pressione a carico massimo e 6000 giri/minuto.
