A LES numerical approach for investigating the cycle-to-cycle combustion pressure variability in a direct injection gasoline engine

• Autorzy: Teodorczyk A. , Jaworski P. , Priesching P. , Tatschl R.

Warianty tytułu

PL

Metoda LES jako narzędzie do analizy fluktuacji ciśnienia dla kolejnych cykli pracy w silnikach benzynowych o wtrysku bezpośrednim

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The Large Eddy Simulation method (LES) has become a powerful computational tool for the application to turbulent flows. It links the classical Reynolds Averaged Navier–Stokes (RANS) approach and Direct Numerical Simulation (DNS). This means that the large eddies are computed explicitly in a time-dependent simulation using the filtered Navier-Stokes equations. The LES resolves the large flow scales that depend directly on the geometry where the small scales are modelled by the subgrid-scale models. LES is expected to improve the description of the aerodynamic and combustion processes in Internal Combustion Engines. This paper addresses the topic of developing the combustion model GCM (Gradient Combustion model) for the Large Eddy Simulation (LES) method. Another part of this paper presents numerical investigations of cycle-to-cycle combustion pressure variability with comparison to experimental data. The Gradient Combustion model (GCM) based on the Turbulent Flame Speed Closure Model (TFSCM) is validated against the experimental data for a multi-cycle gasoline direct injection research engine (SCRE). It is shown that the introduced combustion model is stable and capable of proper representation of the experimental results which is one of the assets of the LES method.

PL

Metoda LES jest obecnie zaawansowanym narzędziem numerycznym do analizy przepływów turbulentnych. Metoda LES opiera się na połączeniu klasyczej metody uśredniania równań Naviera-Stokes (RANS) z bezpośrednią analizą numeryczną (DNS). Oznacza to, że duże struktury wirowe są rozwiązywane niejawnie poprzez filtrowanie równań Naviera-Stokesa. W metodzie LES oznacza to obliczanie przepływu dużej skali, który zależy od geometrii, podczas gdy przepływ w małej skali jest modelowany modelem podsiatkowym (ang. Sub-grid-scale models, SGS). Uważa się, że metoda LES pozwoli na poprawienie numerycznego opisu aerodynamiki i procesów spalania w silnikach tłokowych. Artykuł przedstawia wyniki prac rozwojowych nad modelem spalania w metodzie LES. Model GCM (model spalania oparty na metodzie gradientu) został zastosowany do obliczeń wielocyklicznych i ich weryfikacji z wynikami eksperymentalnymi. Wyniki eksperymentalne pozyskano z badań na jednocylindrowym silniku badawczym (SCRE) o wtrysku bezpośrednim. W pracy pokazano, że model spalania jest stabilny numerycznie oraz otrzymane wyniki są zgodne z wynikami eksperymentalnymi, co jest jedną z ważniejszych zalet metody LES.

Słowa kluczowe

EN

gasoline engine; direct injection; cycle-to-cycle variability; large eddy simulation; LES; combustion; SCRE

PL

wtrysk bezpośredni; fluktuacje cykliczne; spalanie; silnik benzynowy; SCRE

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 52, nr 3
• Strony: 794--799
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., il., wykr., pełen tekst na CD

Twórcy

autor

Teodorczyk A.

• Faculty of Mechanical Engineering at Warsaw University of Technology

autor

Jaworski P.

• Faculty of Mechanical Engineering at Warsaw University of Technology

autor

Priesching P.

• Simulation Technology AVL List GMBH, Austria

autor

Tatschl R.

• Simulation Technology AVL List GMBH, Austria

Bibliografia

• [1] “Combustion / Emission Module”, AVL Fire version 2011 Manual, pp. 21-23, Edition 10/2011.
• [2] Yakhot V., Orszag S., “Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory.”, Journal of Scientific Computing, 1, pp. 3-51, 1986.
• [3] AVL FIRE Manual v2011, AVL List GmbH, Graz, 2011.
• [4] Lipatnikov, A.N., Chomiak, J., Combust. Sci. And Techn. 137: 277-298 (1998).
• [5] Dukowicz, J.K., “A Particle-Fluid Numerical Model for Liquid Sprays", J. Comp. Physics, 35, 229-253, 1980.
• [6] O. Vermorel, S. Richard, O. Colin, C. Angelberger, A. Benkenida, Predicting cyclic variability in a 4valve SI engine using LES and the AVPB CFD code, International Multidimensional Engine Modeling User’s Group Meeting, April 2007.
• [7] D. Goryntsev, A. Sadiki, M. Klein, J. Janicka, Large eddy simulation based analysis of the effects of cycle-tocycle variations on air-fuel mixing in realistic DISI IC-engines, Proceedings of the Combustion Institute 32 (2009) p: 2759-2766.
• [8] A. Devesa, J. Moreau, J. Helie, V. Faivre, T. Poinsot, Initial conditions for Large Eddy Simulations of piston engine flows, Computers & Fluids 36 (2007) p: 701–713.