شبيه سازي گردابه بزرگ جريان ورودي به سيلندر در موتورهاي احتراق داخلي

Large eddy simulation of in-cylinder flow in internal combustion engines

در اين پژوهش، شبيه سازي گردابه بزرگ جريان ورودي به سيلندر بر روي يك سيلندر- پيستون متقارن محوري آزمايشگاهي انجام شده است. در همين راستا يك كد كامپيوتري براي حل عددي معادلات حاكم بر جريان ورودي به سيلندر در موتورهاي احتراق داخلي توسعه يافته است. نتايج به دست آمده نشان ميدهد كه روش شبيه سازي گردابه بزرگ در مقايسه با مدل كي اپسيلون، در محاسبات مربوط به ويژگي هاي اغتشاشي جريان بسيار بهتر عمل ميكند كه در اين پژوهش با محاسبه نوسانات سرعت محوري در زواياي مختلف ميل لنگ و مقايسه با نتايج تجربي اين برتري نشان داد هشده است. نوسانات سرعت محوري در مرحله مكش نسبت به مرحله تراكم سطح بالاتري را اختيار مي كنند كه دليل آن جت ورودي به سيلندر و گراديان شديد متغيرها مي باشد. در همين راستا جريان در مرحله مكش و در زاويه 100 درجه ميل لنگ به بي شترين حد اغتشاش خود مي رسد و سپس اغتشاش ايجادشده، شروع به كاهش مي كند و تا انتهاي مرحله تراكم تقريبا سهم زيادي از اغتشاش از بين مي رود. نتايج تحليل جريان درون سيلندر نيز نشان ميدهد كه در مرحله مكش، سه گردابه اصلي درون سيلندر تشكيل ميشود كه بزرگترين آن ها در پشت سوپاپ ايجاد مي گردد و در زاويه ميل لنگ 65 درجه، اين گردابه به ديواره سيلندر برخورد ميكند و باعث رشد گردابه ايجادشده در مجاورت پيستون مي شود. در طول مرحله تراكم، اين سه گردابه جاي خود را به يك گردابه در خلاف جهت چرخش گردابه هاي اوليه و همين طور تعدادي گردابه كوچك ميدهند كه اين اتفاق در زاويه 90 درجه ميل لنگ قبل از نقطه مرگ بالا روي مي دهد.

In this research, Large Eddy Simulation of in-cylinder flow in a laboratory axisymmetric cylinder-piston is performed. A computer code is developed to solve the governing equations of the flow during intake and compression stroke. The results show that the advantage of LES model over the K- epsilon model is the ability of LES to compute the Turbulence characteristics in the various crank angles of engine cycle. This advantage of the model is highlighted by calculating the RMS values of the axial velocity in comparison with experimental ones. The results show that the axial velocity fluctuations in the intake stroke have higher level than in the compression stroke because of the inlet jet to the cylinder and intensive gradient of the variables. In this regard, the flow in 100 degree ATDC during intake stroke reaches the maximum level of turbulence and then the turbulence generated during the intake stroke decays rapidly; that is, there is hardly any turbulence detected during most of the compression stroke. During intake stroke, three main vorticities are generated inside the cylinder where the biggest vorticity is generated behind the valve. Around crank angle of 65 Degree this vorticity reaches the cylinder wall and leads to the rise of another vorticity near the piston. In the compression stroke these three vorticities are merged together to establish a new vorticity with direction of rotation opposite to the intake flow. Some smaller recirculating regions are also generated at 90 degree BTDC.