Avaliação da sensibilidade de mecanismos cinéticos químicos reduzidos para queima de etanol/gasolina na predição do fenômeno da detonação em um motor de combustão interna por simulações CFD 3D

• Autor(a) principal: Raphael Meireles Braga
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BB2LE8
• topic: Motores de combustão interna; Dinâmica dos fluidos computacional; Misturas etanol-gasolina; Injeção direta de combustível; Mecanismos cinético-químicos reduzidos; Detonação em motores; Motores de combustão interna; Engenharia mecânica; Dinâmica dos fluidos

Com o aumento das restrições das emissões de gases poluentes provenientes da combustão de combustíveis fósseis, a tecnologia downsizing nos motores de combustão interna tem se tornado quase mandatória. Com os motores trabalhando em regimes de operação com elevadas relações volumétricas de compressão e elevadas cargas e temperaturas, o fenômeno da detonação se torna preocupante, uma vez que limita a eficiência e pode causar danos ao motor. As simulações computacionais se tornaram uma etapa imprescindível no desenvolvimento de novos conceitos de motores, uma vez que elas permitem um melhor entendimento dos fenômenos que ocorrem na câmara de combustão. Nesse intuito, o presente trabalho apresenta uma comparação de diferentes mecanismos cinético-químicos reduzidos para oxidação de misturas de gasolina e etanol quanto à sua capacidade de caracterizar o fenômeno da detonação em um motor monocilíndrico de pesquisa de ignição por centelha, visando aplicação no mercado nacional. Para isso, é apresentada uma metodologia para simulações tridimensionais do escoamento, injeção de combustível e combustão em motores de combustão interna de injeção direta de combustível. Dessa forma, uma validação do modelo de quebra secundária de gotas é feita através de simulações de injeções spray de combustível em câmara quiescente e sua validação no modelo 3D do motor operando com etanol é apresentada. Uma análise de sensibilidade dos resultados de combustão ao modelo de interação do spray com as paredes é feita, sendo que o modelo de ORourke apresentou resultados mais próximos dos experimentais. Com os modelos de spray caracterizados, três mecanismos de cinética química (um com 66, outro com 75 e outro com 115 espécies químicas) são comparados para a simulação de um caso com o motor operando a 3000 rpm, 6 bar de pressão média efetiva de eixo e combustível E10, tanto para a condição de avanço de ignição para máximo torque de eixo (MBT), quanto para uma condição de avanço para detonação forçada. Os três mecanismo cinético-químicos avaliados não se mostraram adequados para análise de detonação, uma vez que para os casos de MBT os mecanismos apresentaram indícios de detonação e para os casos de detonação forçada os índices de detonação foram cerca de vinte vezes os valores experimentais. Embora os mecanismos tenham mostrado uma reatividade elevada com o combustível E10, o mecanismo que mais se aproximou dos resultados experimentais foi o de 75 espécies. Ao ser utilizado em outro caso do motor com gasolina E22, esse mecanismo apresentou resultados muito mais coerentes com os dados experimentais, tanto para a condição de MBT quanto para a condição de detonação