Publicación:
Análisis de espray diésel mediante modelado fluido dinámico computacional en un inyector 4JH1

Vista sencilla de ítem
dc.contributor.advisorMartínez, Rafael Arnold
dc.contributor.advisorDurango Padilla, Jairo Luis
dc.contributor.authorMaussa Caballero, Álvaro Javier
dc.contributor.juryRomero Piedrahita, Carlos Alberto
dc.contributor.juryRhenals Julio, Jesús David
dc.date.accessioned2024-08-23T21:54:58Z
dc.date.available2024-08-23T21:54:58Z
dc.date.issued0024-08-23
dc.description.abstractEn el presente trabajo de investigación se analiza numéricamente la formación de espray diésel en un inyector 4JH1, para esto se establece un modelo computacional fluidodinámico de los principales subprocesos que ocurren en la inyección de combustible usando el software comercial ANSYS FLUENT, se emplea un modelo de turbulencia híbrido K-Omega SST SBES-WALE al ofrecer ventajas de modelos LES y RANS, el enfoque de medio continuo hace transición de VOF a DPM y se utiliza un esquema de reconstrucción geométrica para calcular la interfaz entre fluidos, la malla se genera con el método cartesiano creando elementos hexaédricos cuadráticos que se adaptan y refinan por curvatura optimizando el costo computacional. Se emplea el modelo de dispersión turbulenta DRK con vida de remolinos aleatoria y el modelo de rompimiento de gotas KHRT con arrastre dinámico. El modelo es validado con datos experimentales tomados a un inyector aplicando la técnica de fotografía con iluminación trasera difusa y correlaciones de literatura obteniendo coeficientes de correlación para penetración de 0,9994 respecto a Dent, 0,9936 en referencia a Hiroyasu y 0,9923 con la base experimental. Con el ángulo de aspersión se obtiene un coeficiente de correlación de 0,9838 con la base experimental, 1,0405 respecto a Hiroyasu y 0,6957 en referencia a Abramovich. Validado el modelo CFD se realiza un análisis multifactorial utilizando un diseño experimental 2^k sin replicas para evaluar los efectos de temperatura de combustible, presión de inyección y presión del ambiente en las respuestas de penetración, longitud liquida, ángulo de espray, diámetro medio de Sauter y tasa de evaporación transcurridos 1,2 ms ASOI. En general se observa que para las variables macrométricas de penetración y ángulo de aspersión los factores principales son estadísticamente significativos y la influencia de las interacciones no son estadísticamente significativos. Para la longitud liquida no se identifica significancia estadística para los factores e interacciones, pero se observa una influencia considerable de la presión del ambiente. Para las variables micrométricas analizadas los factores principales y la interacción entre presión de inyección y temperatura del combustible son estadísticamente significativos para el diámetro medio de Sauter. Los factores e interacciones no tienen significancia estadística para la tasa de evaporación, pero se identifica una sensibilidad considerablemente alta respecto a la presión de inyección y la temperatura del combustible. Se concluye de la hipótesis planteada que incrementar la temperatura de combustible entre los niveles planteados disminuye su viscosidad, consecuentemente disminuye la turbulencia en la tobera inhibiendo la formación de gotas, aun así, aumenta la tasa de evaporación para el inyector 4JH1.spa
dc.description.abstractIn the present research the formation of diesel spray in a 4JH1 injector is numerically analyzed with a fluid dynamic computational model of the main processes that occur in fuel injection using the commercial software ANSYS FLUENT, hybrid turbulence model K-Omega SST SBES-WALE which offers advantages over the models LES and RANS models, the continuum approach transitions from VOF to DPM and a geometric reconstruction scheme is used to calculate the interface between fluids, the mesh is generated with the Cartesian method creating quadratic hexahedral elements that adapt and refine by curvature optimizing the computational cost. The DRK turbulent dispersion model with random eddy life and the KHRT droplet breakup model with dynamic drag are used. The model is validated with experimental data taken with an injector applying the photography technique with diffuse back lighting and literature Correlations, obtaining correlation coefficients for penetration of 0,9994 In relation to Dent, 0,9936 for Hiroyasu and 0,9923. with the experimental data. For the spray angle, a correlation coefficient of 0,9838 is obtained with respect to the experimental data, 1,0405 for Hiroyasu and 0,6957 compared to Abramovich. Once validated, a multifactorial analysis is performed using a 2^k experimental design without replications to evaluate the effects of fuel temperature, injection pressure and ambient pressure on the penetration responses, liquid length, spray angle, Sauter mean diameter and evaporation rate at 1.2 ms ASOI. In general, it was observed that for the macrometric variables of penetration and spray angle, the main factors, are statistically significant while the influence of the interactions are not. For the liquid length, no statistical significance is identified for the factors and interactions, but a considerable influence of the ambient pressure is observed. For the micrometric variables analyzed, the main factors and the interaction between injection pressure and fuel temperature are statistically significant for the Sauter mean diameter. The evaporation rate has not statistical significance between the factors or interactions, but a considerably high sensitivity is identified with the injection pressure and fuel temperature. It is concluded from the proposed hypothesis that increasing the fuel temperature between the proposed levels decreases its viscosity. Consequently, reducing turbulence in the nozzle inhibiting the formation of drops, even increasing the evaporation rate for the 4JH1 injector.eng
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Mecánica
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensión
dc.description.tableofcontentsResumenspa
dc.description.tableofcontentsAbstracteng
dc.description.tableofcontents1. Capítulo I. Descripción del trabajo de investigación
dc.description.tableofcontents1.1. Introducción
dc.description.tableofcontents1.2. Objetivos
dc.description.tableofcontents1.2.1. Objetivo general
dc.description.tableofcontents1.2.2. Objetivos específicos
dc.description.tableofcontents1.3. Estructura de la tesis
dc.description.tableofcontents1.4. Revisión de literatura
dc.description.tableofcontents2. Capítulo II. OBJETIVO I
dc.description.tableofcontents2.1. Introducción
dc.description.tableofcontents2.2. Materiales y métodos
dc.description.tableofcontents2.2.1. Ecuaciones gobernantes
dc.description.tableofcontents2.2.2. Turbulencia
dc.description.tableofcontents2.2.2.1. Reynolds average navier stokes (RANS)
dc.description.tableofcontents2.2.2.2. Large eddy simulation (LES)
dc.description.tableofcontents2.2.2.3. Direct numerical simulation (DNS)
dc.description.tableofcontents2.2.2.4. Modelos RANS
dc.description.tableofcontents2.2.2.5. Modelos LES
dc.description.tableofcontents2.2.2.6. Selección modelo de turbulencia
dc.description.tableofcontents2.2.3. Volume of Fluid (VOF)
dc.description.tableofcontents2.2.3.1. Ecuación de fracción de volumen
dc.description.tableofcontents2.2.3.2. Reconstrucción de interfase
dc.description.tableofcontents2.2.3.3. Propiedades del material
dc.description.tableofcontents2.2.3.4. Tensión superficial
dc.description.tableofcontents2.2.4. Discrete Phase Model (DPM)
dc.description.tableofcontents2.2.4.1. Ecuaciones de movimiento de partículas
dc.description.tableofcontents2.2.4.2. Integración de ecuaciones de movimiento de partículas
dc.description.tableofcontents2.2.4.3. Dispersión turbulenta de partículas
dc.description.tableofcontents2.2.4.4. Modelado de ruptura de gotas - modelo WAVE
dc.description.tableofcontents2.2.4.5. Modelado de ruptura de gotas - modelo TAP
dc.description.tableofcontents2.2.4.6. Malla Adaptativa
dc.description.tableofcontents2.2.4.7. Solucionador VOF a DPM
dc.description.tableofcontents2.3. Resultados
dc.description.tableofcontents2.3.1. Preprocesado
dc.description.tableofcontents2.3.1.1. Levantamiento geométrico
dc.description.tableofcontents2.3.1.2. Materiales
dc.description.tableofcontents2.3.1.3. Condiciones iniciales y de contorno
dc.description.tableofcontents2.3.1.4. Mallado
dc.description.tableofcontents2.3.2. Procesado Fluent
dc.description.tableofcontents2.3.2.1. Modelos
dc.description.tableofcontents2.3.3. Postprocesado
dc.description.tableofcontents2.4. Conclusiones
dc.description.tableofcontents3. Capítulo III: OBJETIVO II
dc.description.tableofcontents3.1. Introducción
dc.description.tableofcontents3.2. Materiales y métodos
dc.description.tableofcontents3.2.1. Análisis de espray
dc.description.tableofcontents3.2.2. Toma experimental
dc.description.tableofcontents3.2.3. Correlaciones de literatura
dc.description.tableofcontents3.3. Resultados
dc.description.tableofcontents3.4. Conclusiones
dc.description.tableofcontents4. Capítulo IV. OBJETIVO III
dc.description.tableofcontents4.1. Introducción
dc.description.tableofcontents4.2. Materiales y métodos
dc.description.tableofcontents4.2.1. Diseño experimental
dc.description.tableofcontents4.2.1.1. Identificación de factores
dc.description.tableofcontents4.2.1.2. Determinación de niveles
dc.description.tableofcontents4.2.1.3. Definición de las variables de respuesta
dc.description.tableofcontents4.2.1.4. Determinación del número de ejecuciones
dc.description.tableofcontents4.2.1.5. Creación de la matriz experimental
dc.description.tableofcontents4.2.2. Hipótesis
dc.description.tableofcontents4.2.3. Propiedades de los fluidos
dc.description.tableofcontents4.3. Resultados
dc.description.tableofcontents4.3.1. Resultado de los experimentos
dc.description.tableofcontents4.3.2. Análisis de penetración
dc.description.tableofcontents4.3.3. Análisis de longitud liquida
dc.description.tableofcontents4.3.4. Análisis de ángulo de aspersión
dc.description.tableofcontents4.3.5. Análisis de diámetro medio de Sauter
dc.description.tableofcontents4.3.6. Análisis de tasa de evaporación
dc.description.tableofcontents4.4. Conclusiones
dc.description.tableofcontents5. Conclusiones Generales y futuros trabajos
dc.description.tableofcontents5.1. Objetivo específico I
dc.description.tableofcontents5.2. Objetivo específico II
dc.description.tableofcontents5.3. Objetivo específico III
dc.description.tableofcontents5.4. Futuros trabajos
dc.description.tableofcontents5.4.1. Considerar el flujo frontal y rotación del aire
dc.description.tableofcontents5.4.2. Evaluar factores en condiciones de sobrecalentamiento
dc.description.tableofcontents5.4.3. Estudiar el espray en condiciones reactivas
dc.description.tableofcontents5.4.4. Estudiar el inyector con biocombustibles
dc.description.tableofcontents5.4.5. Estudiar la inyección para combustión dual
dc.description.tableofcontents6. Bibliografía
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad de Córdoba
dc.identifier.reponameRepositorio Universidad de Córdoba
dc.identifier.repourlhttps://repositorio.unicordoba.edu.co/
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/8634
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad de Córdoba
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería
dc.publisher.placeMontería, Córdoba, Colombia
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Mecánica
dc.relation.referencesAbramovich, G. N., 1963. The Theory of Turbulent Jets. s.l.:The MIT Press.
dc.relation.referencesANSYS, 2009. ANSYS FLUENT 12.0 User's guide, s.l.: s.n.
dc.relation.referencesANSYS, 2015. Best Practice: Scale-Resolving Simulations in Ansys CFD, s.l.: s.n.
dc.relation.referencesArai, M., Tabata, M., Hiroyasu, H. & Shimizu, M., 1984. Disintegrating process and spray characterization of fuel jet injected by a diesel nozzle. SAE Tech.
dc.relation.referencesAraneo, L., Coghe, A., Brunello, G. & Cossali, G. E., 1999. Experimental Investigation of Gas Density Effects. SAE TECHNICAL PAPER SERIES.
dc.relation.referencesBadock, C., Wirth, R., Fath, A. & Leipertz, A., 1999. Investigation of cavitation in real size diesel injection nozzles. International journal of heat and fluid flow.
dc.relation.referencesBenjumea H, P. N., Chaves N, G. & Vargas R, C. M., 2006. Efecto de la temperatura sobre la densidad del biodiesel de aceite de palma y sus mezclas con diesel convencional. Energética.
dc.relation.referencesBenjumea , P. N., Álvarez , Á. M. & Molina , A. P., 2006. Predicción del efecto de la temperatura sobre la viscosidad del biodiesel de aceite de palma y sus mezclas con diesel convencional. Energética.
dc.relation.referencesChehroudi, B., Onuma, Y., Chen, S. H. & Bracco, F. V., 1973. On the intact core of full-cone sprays. SAE Paper.
dc.relation.referencesChen, L., Liu, Z., Sun, P. & Huo, W., 2015. Formulation of a fuel spray SMD model at atmospheric pressure using Design of Experiments (DoE). Fuel.
dc.relation.referencesChhetri, A. B. & Watts, K. C., 2013. Surface tensions of petro-diesel, canola, jatropha and soapnut biodiesel fuels at elevated temperatures and pressures. Fuel.
dc.relation.referencesDaokuan, J. y otros, 2017. Direct numerical simulation of near nozzle diesel jet evolution with full. Fuel.
dc.relation.referencesDent, J. C., 1971. A Basis for the Comparison of Various Experimental Methods for Studying Spray Penetration. SAE Technical Paper.
dc.relation.referencesESSS, 2016. Engineering Simulation And Scientific Software. [En línea] Available at: https://www.esss.com/es/blog/dinamica-de-fluidos-computacional-que-es/ [Último acceso: 06 05 2024].
dc.relation.referencesEstrade, J. P., Carentz, H., Lavergne, G. & Biscos, Y., 1999. Experimental investigation of dynamic binary collision of ethanol droplets – a model for droplet coalescence and bouncing. International Journal of Heat and Fluid Flow.
dc.relation.referencesFeng, S., Zhang, S., Zhang, H. & Shi, J., 2024. Effect of nozzle geometry on combustion of a diesel-methanol dual-fuel direct injection engine. Fuel.
dc.relation.referencesFitzgerald, R. P., Gehrke, C., Svensson, K. & Martin, G., 2017. A New Validation of Spray Penetration Models for Modern. SAE International.
dc.relation.referencesGarcia Oliver, J. M., 2006. El proceso de combustión turbulenta de chorros diesel de inyección directa. s.l.:Reverté.
dc.relation.referencesGhiji, M. y otros, 2017. Analysis of diesel spray dynamics using a compressible Eulerian/VOF/LES model and microscopic shadowgraphy. Fuel.
dc.relation.referencesGhiji, M. y otros, 2014. CFD Modelling of Primary Atomisation of Diesel Spray. 19th Australasian Fluid Mechanics Conference.
dc.relation.referencesGonzález Montero, L. A., 2017. Modelado de la atomización primaria de chorros diésel mediante CFD. [Arte] (universidad politécnica de valéncia).
dc.relation.referencesGosman, A. D. & Loannides, E., 1983. Aspects of Computer Simulation of Liquid-Fueled Combustors. Journal of Energy.
dc.relation.referencesHanafi , M. A. & Savill, M., 2016. Modelling of spray evaporation and penetration for alternative fuels. Fuel.
dc.relation.referencesHe, C., Ge, Y., Tan, J. & Han, X., 2008. Spray properties of alternative fuels: A comparative analysis of biodiesel and diesel. International Journal Of Energy Research.
dc.relation.referencesHiroyasu , H. & Arai, M., 1990. Structures of fuel sprays in diesel engines. SAE technical.
dc.relation.referencesHossainpour , S. & Binesh, A. R., 2009. Investigation of fuel spray atomization in a DI heavy-duty diesel engine. Fuel.
dc.relation.referencesLee, C. S., Park, S. W. & Kwon, S. I., 2005. An Experimental Study on the Atomization and. Energy & Fuels.
dc.relation.referencesLefebvre, A. H., 1989. Properties of Sprays. Particle & Particle Systems Characterization.
dc.relation.referencesLi , Y. y otros, 2016. Droplet dynamics of DI spray from sub-atmospheric to elevated. Fuel.
dc.relation.referencesLi, Y. y otros, 2018. Morphology analysis on multi-jet flash-boiling sprays under wide ambient pressures. Fuel.
dc.relation.referencesLi, Y. & Xu, H., 2016. Experimental study of temporal evolution of initial stage diesel spray. Fuel.
dc.relation.referencesLópez, J. J., 2005. Estudio teórico-experimental del chorro libre Diesel no evaporativo y de su interacción con el movimiento del aire. Barcelona - España: Reverté.
dc.relation.referencesLu, Y. y otros, 2019. Numerical simulation of impinging spray characteristics under high ambient pressures with an improved droplet collision model. Fuel.
dc.relation.referencesMarčiča, S. y otros, 2018. A simplified model for a diesel spray. Fuel.
dc.relation.referencesO'Rourke , P. J., 1981. Collective Drop Effects on Vaporizing Liquid Sprays. Princeton University ProQuest Dissertations.
dc.relation.referencesO'Rourke, P. & Amsden, A., 1987. The Tab Method for Numerical Calculation of Spray Droplet Breakup. SAE Technical Paper.
dc.relation.referencesPetranovic´, Z., Edelbauer, W., Vujanovic, M. & Duic, N., 2017. Modelling of spray and combustion processes by using the Eulerian multiphase approach and detailed chemical kinetics. Fuel.
dc.relation.referencesReitz, R., 1987. Modeling atomization processes in high-pressure vaporizing sprays. Atomisation Spray Technology.
dc.relation.referencesRizkalla, A. A. & Lefebvre, A. H., 1975. The Influence of Air and Liquid Properties on Airblast Atomization. Journal Of Fluids Engineering.
dc.relation.referencesRyu, J., Kim, H. & Lee, K., 2005. A study on the spray structure and evaporation characteristic of common rail type high pressure injector in homogeneous charge compression ignition engine. Fuel.
dc.relation.referencesSazhin, S. S., Feng, G. & Heikal, M. R., 2001. A model for fuel spray penetration. Fuel.
dc.relation.referencesSitkei, G., 1964. Kraftstoffaufbereitung und Verbrennung. Springer-Verlag.
dc.relation.referencesSom, S., Ramirez, A., Longman, D. & Aggarwal, S., 2011. Effect of nozzle orifice geometry on spray, combustion, and emission characteristics under diesel engine conditions. FUEL.
dc.relation.referencesTian, J. y otros, 2022. Experimental study on the spray characteristics of octanol diesel and prediction of spray tip penetration by ANN model. Energy.
dc.relation.referencesVarde, K. S., Popa, D. M. & Varde, L. K., 2018. Spray Angle and Atomization in Diesel Sprays. SAE International.
dc.relation.referencesVargas Ibáñez, L. T., Díaz Ovalle , C. O., Cano Gómez, J. J. & Flores Escamilla, G. A., 2023. Theoretical analysis of the spray characteristics of ternary blends of diesel, biodiesel, and long-chain alcohols inside a combustion chamber. Fuel.
dc.relation.referencesVersteeg , H. K. & W Malalasekera , W., 2007. An introduction to computational fluid dynamics:the finite volume method. segunda ed. s.l.:Pearson Education Ltd.
dc.relation.referencesWang, X. y otros, 2010. Experimental and analytical study on biodiesel and diesel spray characteristics under ultra-high injection pressure. International Journal of Heat and Fluid Flow.
dc.relation.referencesWu, K. -J. y otros, 1983. Measurements of the Spray Angle. ASME.
dc.relation.referencesYule, A. J. & Filipovic, I., 1992. On the break-up times and lengths of diesel sprays. Int. J. Heat and Fluid Flow.
dc.relation.referencesZhang, W. y otros, 2019. Numerical analysis of jet breakup based on a modified compressible twofluid-LES model. Fuel.
dc.relation.referencesZhang, W., Li, X., Huang, L. & Feng, M., 2019. Experimental study on spray and evaporation characteristics of diesel-fueled. Fuel.
dc.rightsCopyright Universidad de Córdoba, 2024
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.keywordsInjectoreng
dc.subject.keywordsAtomizationeng
dc.subject.keywordsSimulationeng
dc.subject.keywordsCFDeng
dc.subject.keywordsSprayeng
dc.subject.proposalInyectorspa
dc.subject.proposalAtomizaciónspa
dc.subject.proposalSimulaciónspa
dc.subject.proposalCFDspa
dc.subject.proposalEsprayspa
dc.titleAnálisis de espray diésel mediante modelado fluido dinámico computacional en un inyector 4JH1spa
dc.typeTrabajo de grado - Maestría
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.type.contentText
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TM
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dspace.entity.typePublication
Archivos
Bloque original
Mostrando 1 - 2 de 2
Miniatura
Nombre:
MaussaCaballeroÁlvaroJavier.pdf
Tamaño:
2.22 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
No hay miniatura disponible
Nombre:
autorizacion repositorio.pdf
Tamaño:
654.95 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
Bloque de licencias
Mostrando 1 - 1 de 1
No hay miniatura disponible
Nombre:
license.txt
Tamaño:
15.18 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción:
Descargar
Colecciones
F.L.A. Tesis