Simulación de la inyección directa de combustible en motores de combustión interna. - Aguerre, Horacio Javier
Los motores de combustión interna ocupan un papel central en la matriz energética mundial significando más de la mitad del consumo total de recursos fósiles a nivel mundial. El agotamiento inminente de estos recursos y los efectos negativos de los gases de efecto invernadero y otros contaminantes sobre el medio ambiente obligan a reducir drásticamente la tasa de consumo de petróleo durante las próximas décadas. Dentro de este contexto, es primordial incrementar los esfuerzos en investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías que busquen aumentar la eficiencia de los motores y así reducir las emisiones contaminantes. Un rol clave para el desarrollo de nuevas tecnologías es la mecánica de fluidos computacional que permite obtener resultados de diferentes variantes geométricas y de parámetros de forma rápida y económica en comparación a los métodos basados en la construcción de prototipos. En este escenario, esta tesis presenta técnicas de simulación computacional de motores de combustión interna que tienen como objetivo posibilitar simulaciones de ciclo completo en tiempos de cálculo reducidos. Se proponen modelos diseñados para funcionar en arquitecturas de cómputo en paralelo y se conciben bajo la premisa de alta escalabilidad y eficiencia computacional. En detalle, se estudian diferentes técnicas de mallas dinámicas profundizando sobre el estudio de interfaces no conformes y cambios topológicos para abordar la interacción entre las partes móviles del motor y las grandes deformaciones volumétricas del cilindro respectivamente. Atendiendo a las características de estos modelos de malla dinámica se diseña un estrategia Lagrangiana de seguimiento de partículas para simular la fase líquida de combustible. Para representar la atomización de combustible se implementa un modelo híbrido de atomización estudiando la sensibilidad a sus parámetros y validando los resultados con datos experimentales. Los desarrollos de malla dinámica e inyección de combustible se aplican en la simulación de un motor de pistones opuestos de desarrollo regional evaluando la robustez y eficiencia computacional de los métodos desarrollados en un estudio paramétrico del proceso de inyección de combustible.