Simulação numérica multidimensional da admissão e compressão em um motor de combustão interna de ignição por compressão

Abstract

No presente trabalho os processos de admissão e compressão para um motor a combustão interna monocilíndrico de ignição por compressão, foram simulados usando a geometria real do motor em 3D, em regime transiente. Foi analisado o coeficiente de descarga da válvula na admissão, o desenvolvimento do campo de velocidades e pressão no interior do cilindro em função de ângulo de manivela, e a eficiência volumétrica. Também foram levados em conta na análise, parâmetros dinâmicos do escoamento no cilindro como o movimento rotacional em torno dos eixos do cilindro quantificados pela razão de Swirl e razão de Tumble, para observar sua evolução desde a admissão ate o final da compressão, onde é relevante este tipo de características do escoamento. Foram obtidos os campos de velocidade, pressão e temperatura do escoamento no duto de admissão e no cilindro. A simulação foi feita para um motor naturalmente aspirado com uma razão de compressão de 17,3:1 para 1800 rpm e 2100 rpm, com o software de simulação Converge CFD, usando o modelo de turbulência RANS k- RNG. A geometria e tamanho do motor é a mesma do motor diesel real que se encontra na bancada experimental no Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos LABCET da Universidade Federal de Santa Catarina. Esta simulação é feita como uma etapa inicial no estudo de spray e combustão de óleo diesel e óleo vegetal in natura de soja, para obter os campos de escoamento de forma adequada antes de iniciar a injeção de combustível. A pressão no interior do cilindro é comparada com medições experimentais que foram feitas no motor quando operado com óleo diesel como combustível. São mostrados como resultados da simulação, os campos das variáveis que descrevem o escoamento no duto de admissão e no interior do cilindro. Foi encontrado que para o pistão usado no motor, a forma da câmara de combustão não tem muita importância na geração de Swirl e Tumble no curso de admissão, mas ao final da compressão sim é muito importante, já que são gerados grandes valores de Swirl.