Novi fizikalni pod-modeli simulacije radnog ciklusa Ottovog motora

Istraživanje opisano u doktorskom radu predstavlja razvoj i validaciju novih podmodela za modeliranje turbulencije, stvaranja jezgre plamena i izgaranja koji su ugrađeni u simulacijski model radnoga ciklusa Ottova motora. Modeliranje turbulencije provedeno je primjenom novoga k-ε podmodela, a novi kvazidimenzijski podmodeli razvijeni su za proračun stvaranja jezgre plamena i izgaranja. Rezultati simulacija radnoga ciklusa Ottova motora uspoređeni su s dostupnim rezultatima 3-D CFD proračuna za različite radne uvjete nekoliko Ottovih motora, kao i s eksperimentalnim podatcima jednocilindarskoga motora. Jedinstveni skup konstanti primijenjen je za svaki motor te se simulacijski rezultati radnoga ciklusa Ottova motora vrlo dobro poklapaju s rezultatima 3-D CFD proračuna i eksperimentalnim podatcima. Istraživanje predstavljeno u ovom doktorskom radu rezultiralo je sljedećim znanstvenim doprinosima: 1) Razvoj novoga podmodela za proračun turbulencije u cilindru Ottova motora kojim se mogu postići rezultati bliski rezultatima 3-D CFD proračuna, 2) Razvoj novoga kvazidimenzijskoga podmodela za proračun stvaranja jezgre plamena kojim se mogu obuhvatiti utjecaji različitih uvjeta u cilindru motora i različite geometrije elektroda svjećice na rast jezgre plamena kao i efekti višestrukih proboja električne iskre i izostanka paljenja te 3) Mogućnost analize utjecaja različitih geometrija motora i njihovih radnih parametara na performanse Ottova motora uz prisutnost cikličkih varijacija i unutar prihvatljivoga proračunskoga vremena

Numerical Investigation of Injection Timing Influence on Fuel Slip and Influence of Compression Ratio on Knock Occurrence in Conventional Dual Fuel Engine

Compressed natural gas can be used in diesel engine with great benefits, but because of its low reactivity it is usually used in a so called dual fuel combustion process. Optimal parameters for dual fuel engines are not yet investigated thoroughly which is the motivation for this work. In this work, a numerical study performed in a cycle simulation tool (AVL Boost v2013) on the influence of different injection timings on fuel slip into exhaust and influence of compression ratio on knock phenomena in port injected dual fuel engine was conducted. The introduction of natural gas into the intake port of a diesel engine usually results in some fuel slipping into the exhaust port due to valve overlap. By analysing the simulation results, the injection strategy that significantly decreases the natural gas slip is defined. The knock occurrence study showed that the highest allowed compression ratio that will result in knock free operation of the presented engine is 18 for ambient intake condition, while for charged intake conditions the compression ratio should be lowered to 16

Development of a two zone turbulence model and its application to the cycle-simulation

The development of a two zone k-ε turbulence model for the cycle-simulation software is presented. The in-cylinder turbulent flow field of internal combustion engines plays the most important role in the combustion process. Turbulence has a strong influence on the combustion process because the convective deformation of the flame front as well as the additional transfer of the momentum, heat and mass can occur. The development and use of numerical simulation models are prompted by the high experimental costs, lack of measurement equipment and increase in computer power. In the cycle-simulation codes, multi zone models are often used for rapid and robust evaluation of key engine parameters. The extension of the single zone turbulence model to the two zone model is presented and described. Turbulence analysis was focused only on the high pressure cycle according to the assumption of the homogeneous and isotropic turbulent flow field. Specific modifications of differential equation derivatives were made in both cases (single and two zone). Validation was performed on two engine geometries for different engine speeds and loads. Results of the cyclesimulation model for the turbulent kinetic energy and the combustion progress variable are compared with the results of 3D-CFD simulations. Very good agreement between the turbulent kinetic energy during the high pressure cycle and the combustion progress variable was obtained. The two zone k-ε turbulence model showed a further progress in terms of prediction of the combustion process by using only the turbulent quantities of the unburned zone

Introducing non-uniform mixtures into the multi zone model of HCCI engines

U radu je opisana nadogradnja višezonskog proračunskog modela HCCI izgaranja razvijenog na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Razrađeni su fizikalni modeli za izračunavanje nejednolike raspodjele sastava smjese na početku visokotlačnog procesa i model ubrizgavanja goriva u fazi kompresije. Fizikalni modeli su zapisani fortranskim kodom i primijenjeni u programu AVL Boost. Provedena je analiza rezultata nejednolikog sastava smjese na početku visokotlačnog procesa kao i utjecaj ubrizgavanja goriva na karakteristike izgaranja. Kombinacijama različitih temperatura usisnog zraka i različitih masa goriva moguće je ostvariti široki spektar stabilnog rada HCCI motora

Introducing non-uniform mixtures into the multi zone model of HCCI engines

U radu je opisana nadogradnja višezonskog proračunskog modela HCCI izgaranja razvijenog na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Razrađeni su fizikalni modeli za izračunavanje nejednolike raspodjele sastava smjese na početku visokotlačnog procesa i model ubrizgavanja goriva u fazi kompresije. Fizikalni modeli su zapisani fortranskim kodom i primijenjeni u programu AVL Boost. Provedena je analiza rezultata nejednolikog sastava smjese na početku visokotlačnog procesa kao i utjecaj ubrizgavanja goriva na karakteristike izgaranja. Kombinacijama različitih temperatura usisnog zraka i različitih masa goriva moguće je ostvariti široki spektar stabilnog rada HCCI motora

Uvođenje nejednolike raspodjele sastava smjese u višezonski proračunski model HCCI motora

U radu je opisana nadogradnja višezonskog proračunskog modela HCCI izgaranja razvijenog na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Razrađeni su fizikalni modeli za izračunavanje nejednolike raspodjele sastava smjese na početku visokotlačnog procesa i model ubrizgavanja goriva u fazi kompresije. Fizikalni modeli su zapisani fortranskim kodom i primijenjeni u programu AVL Boost. Provedena je analiza rezultata nejednolikog sastava smjese na početku visokotlačnog procesa kao i utjecaj ubrizgavanja goriva na karakteristike izgaranja. Kombinacijama različitih temperatura usisnog zraka i različitih masa goriva moguće je ostvariti široki spektar stabilnog rada HCCI motora

Introducing non-uniform mixtures into the multi zone model of HCCI engines

U radu je opisana nadogradnja višezonskog proračunskog modela HCCI izgaranja razvijenog na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Razrađeni su fizikalni modeli za izračunavanje nejednolike raspodjele sastava smjese na početku visokotlačnog procesa i model ubrizgavanja goriva u fazi kompresije. Fizikalni modeli su zapisani fortranskim kodom i primijenjeni u programu AVL Boost. Provedena je analiza rezultata nejednolikog sastava smjese na početku visokotlačnog procesa kao i utjecaj ubrizgavanja goriva na karakteristike izgaranja. Kombinacijama različitih temperatura usisnog zraka i različitih masa goriva moguće je ostvariti široki spektar stabilnog rada HCCI motora