72 Introduzione
Dopo avere inizializzato il modello, è necessario controllare il comportamento in assenza d'iniezione e ciò al fine di calcolare il valore del coefficiente di riempimento e scoprire la presenza di eventuali errori.
Verifica del coefficiente di riempimento
Dopo avere stabilizzato i dati iniziali attraverso varie simulazioni, è stata calcolata la massa d'aria
residua intrappolata nella testata a fine combustione misurando la quantità di ossigeno non
reagito. Successivamente è stata fatta partire la simulazione che, dopo un angolo completo di
manovella, ha fornito i dati riguardanti la composizione della nuova carica d'aria fresca aspirata: in
tal modo è stato possibile calcolare la nuova quantità d'aria fresca introdotta nel motore e quindi,
applicando la definizione, anche il coefficiente di riempimento. Dalle prove risulta che, impiegando
un rapporto d'equivalenza pari a 0.8, a fine combustione la pressione nella testa vale circa 30 bar
in termini relativi e la temperatura raggiunta è circa 2500 K: in queste condizioni la massa d'aria
residua è pari a 3.2*10
-5kg. A fine compressione, invece, la massa d'aria fresca aspirata vale circa
0.000178 kg, per cui, applicando la definizione di coefficiente di riempimento, ne consegue un
valore di λ
vpari a 0.56 che è un valore molto buono rispetto al primo valore di tentativo 0.33. Dalla
serie di prove è stato misurato anche il valore del raggiungimento delle condizioni critiche all'interno del
cilindro che avviene a 319° di angolo di manovella; ricordando che Fluent fornisce il valore della pressione
relativa, segue che a 319° la pressione all'interno del cilindro vale 270000 Pa. A desso, applicando la
solita procedura già vista, si può vedere a quale angolo di manovella è necessario cominciare
l'iniezione impiegando due iniettori. Svolgendo nuovamente i calcoli si trova che è necessario
cominciare ad iniettare l'idrogeno attorno a 235° quando la luce di scarico risulta ancora aperta; il
collocamento degli iniettori allora dovrà impedire o minimizzare le fuoriuscite di idrogeno dato
che l'uso di un terzo iniettore complicherebbe il sistema e ne aumenterebbe il costo. Una volta che
sono stati determinati tutti i parametri del modello, è stata calcolata nuovamente la potenza erogata con il
nuovo valore del coefficiente di riempimento ricavando così una potenza pari a 6.5kW.
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Nel seguito si riportano alcune immagini relative agli istanti iniziali:
distribuzione della pressione ad inizio simulazione
distribuzione della temperatura ad inizio simulazione
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distribuzione dell'ossigeno ad inizio simulazione
distribuzione del vapore acqueo ad inizio simulazione
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distribuzione dell'idrogeno ad inizio simulazione
A fine simulazione, invece, si ottengono i seguenti risultati:
distribuzione della pressione alla fine della corsa di compressione
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distribuzione della temperatura sulle superfici del modello alla fine della corsa di compressione
distribuzione dell'ossigeno alla fine della corsa di compressione
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distribuzione del vapore acqueo alla fine della corsa di compressione
distribuzione dell'idrogeno alla fine della corsa di compressione
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Le immagini seguenti mostrano l'efflusso delle correnti di lavaggio quando il pistone è al punto morto inferiore e tutte le luci sono completamente aperte: la miscela fresca in uscita dalle luci di lavaggio si unisce in un unico getto che tende a salire verso la testata spingendo verso la luce di scarico i gas residui.
distribuzione della frazione massica dell'ossigeno durante il processo di lavaggio
distribuzione della frazione massica di vapore acqueo durante il processo di lavaggio
