ESTUDIO DE LA INTERACCION CHORRO PARED EN CONDICIONES REALISTAS DE MOTOR

2016

MINISTERIO DE ECONOMIA Y COMPETITIVIDAD

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Payri Marín Raúl

En la incesante búsqueda de motores más limpios, durante la última década se han realizado grandes avances en la comprensión de los fenómenos físicos involucrados en el proceso del choque de un chorro de inyección contra una pared. Este progreso se ha logrado gracias a estudios tanto experimentales, como computacionales. Sin embargo, la conexión entre las condiciones del ensayo y el desarrollo de los procesos de atomización, evaporación y combustión cuando existe interacción chorro-pared todavía no se comprenden bien debido a la complejidad de los fenómenos implicados. En este proyecto, se realizará un estudio teórico-experimental combinado con el fin de arrojar luz entre las interacciones de todos los procesos. Para tal fin, están previstas dos líneas de actuación coordinadas. Un estudio experimental completo con el objetivo de caracterizar y cuantificar todos los fenómenos que intervienen en el proceso de inyección-combustión con interacción chorro-pared: flujo interno en la tobera de inyección, la interacción aire-combustible, atomización, evaporación, autoencendido y combustión. Esta caracterización se hará utilizando dos geometrías diferentes de tobera y dos combustibles diferentes. Las principales técnicas experimentales que se emplearán en esta parte del proyecto serán, por un lado, técnicas ópticas con el fin caracterizar el aspecto macroscópico de chorro y del impacto del chorro contra la pared. Así, mediante técnicas ópticas como Schlieren, iluminación trasera difusa o visualización de radicales OH, se obtendrán la evolución de la fase líquida y la fase vapor en condiciones inertes, y la evolución del chorro antes y después de la ignición en condiciones reactivas. Además de la visualización, también se caracterizará el proceso de transmisión de calor entre el chorro y la pared gracias a una pared instrumentada con sensores de temperatura y flujo de calor de respuesta rápida. Estos ensayos se realizarán en condiciones realistas de presión y temperatura gracias a una instalación singular disponible en el grupo de investigación CMT-Motores Térmicos, capaz de llegar a 150bar y 1100K operando en flujo continuo. El desarrollo de herramientas de simulación que permitan predecir el comportamiento de fluidos multifásicos es, hoy en día, una línea de creciente interés debido a las enormes aplicaciones industriales que esto tendría. Sin embargo, este tipo de flujos presenta mayor dificultad que las ecuaciones de Navier-Stokes; el número de ecuaciones depende del número de fases, los procesos de transferencia de calor, masa y energía son muy complejos al producirse entre distintas fases, las presiones y temperaturas involucradas hacen necesaria la utilización de ecuaciones de estado reales y las escalas que el flujo involucra pueden variar en varios órdenes de magnitud debido a la física subyacente. Todo esto hace que la simulación directa rutinaria de este tipo de flujos sea a día de hoy inviable, una solución es utilizar ecuaciones promediadas donde la contribución de las pequeñas escalas es incluida mediante modelos físicos en las ecuaciones. El proyecto pretende generar una herramienta útil que permita resolver las ecuaciones multifásicas centrándose en el proceso de inyección-combustión con interacción chorro-pared para su validación y ajuste de los modelos e interpretación de resultados. Los resultados obtenidos permitirán validar y mejorar los modelos físicos, y añadir información adicional a los resultados experimentales.