Estudio computacional de la influencia del levantamiento de aguja sobre el flujo interno y el fenómeno de la cavitación en toberas de inyección diésel

Abstract

During the opening and closing process of a Diesel injector, the fuel characteristics at the nozzle exit change significantly as a consequence of the needle movement. This change of fluid properties at the exit of the discharge orifices strongly affects the spray pattern and the air-fuel mixing process, and therefore its subsequent combustion. However, despite its relevance, there are a lot of aspects about the injection process which still remain unclear due to the huge difficulties to perform experiments at partial needle lifts.

Estudio del fenómeno de la cavitación en la inyección Diesel mediante la visualización del flujo interno en orificios transparentes.

“…El tercer trabajo tomado como referente es el estudio realizado por Martínez [10] titulado «Estudio computacional de la influencia del levantamiento de aguja sobre el flujo interno y el fenómeno de la cavitación en toberas de inyección Diesel». En su Tesis, Martínez ha realizado una minuciosa puesta a punto del modelo de cavitación implementado en OpenFOAM [24] logrando así predecir el comportamiento del fluido y la aparición de la cavitación. Adicionalmente, ha estudiado la influencia de la aguja en la zona donde se forma la cavitación, concluyendo que para grandes levantamientos de aguja, el combustible en fase vapor se desarrolla a lo largo de la pared superior del orificio; mientras que para pequeños levantamientos de la aguja, la cavitación se desarrolla en el asiento de la aguja y a lo largo de la pared inferior del orificio.…”

“…Por lo tanto, en este tipo de sistemas, el papel que desarrollan la presión de inyección y el sistema de inyección como tal no tienen tanta importancia como en los sistemas de inyección directa. Por ello, estos sistemas emplean inyectores con toberas mono-orificio de en torno a 1 mm de diámetro y presiones relativamente bajas (20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30).…”

“…Mas recientemente, Martínez [24] ha usado y puesto a punto el código de cavitación implementado en OpenFOAM, empleando esquemas numéricos usados en la resolución de las ecuaciones del modelo de cavitación y haciendo una elección adecuada de las condiciones de contorno y de los métodos de turbulencia. En su trabajo ha logrado relacionar diversos fenómenos asociados a la cavitación como el colapso del gasto másico (Figura 2.32), el aumento de la velocidad y la turbulencia.…”

“…Adicionalmente se llevaron a cabo unos estudios en OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) [24], un código abierto y de libre distribución, y que por lo tanto puede obtenerse gratuitamente y ser modificado por el usuario para adaptarse mejor a las particularidades del problema a estudiar, ya que es posible acceder al código fuente. El modelo utilizado ha sido implementado y validado en el trabajo de Martínez [25], donde se da a conocer que el modelo esta basado en el modelo de Schmidt [26] y posteriormente se muestra la validación de este con los resultados obtenidos por Winklofer et al [27].…”

“…Como consecuencia del cambio brusco de sección que supone el orificio, las líneas de corriente se deflectan, provocando el desprendimiento de la capa límite y la aparición de una zona de recirculación en la sección de entrada del orificio.En el caso de una tobera multiorificio, en la que el eje de los orificios de descarga tiene un ángulo respecto al eje de simetría de la tobera (caso habitual en toberas comerciales[21][22][23]), el cambio de la direccionalidad del flujo es mayor, aunque la recirculación del flujo se restringe a la mitad superior del orificio, justo por donde viene la alimentación de combustible (Figura 2.9.b). Sin embargo, Martínez[24] ha mostrado que a bajos levantamientos de la…”