3D CFD analýza plynového motoru s komůrkou

Abstract

Diplomová práce se zabývá problematikou pístových spalovacích motorů pracujících s chudou směsí. Z teoretické části vyplývá, že lze při úspěšném zvládnutí technologie spalování chudé směsi navýšit účinnost zážehových motorů. Současně je možné dosáhnout velmi nízké produkce celkových emisí, pokud je použito vhodné palivo, jako je např. bioplyn. Práce se zaměřuje na technologii zapalovací komůrky, u které provádí optimalizaci tvaru s ohledem na zapálení směsi a rychlost hoření ve válci. K řešení je využito poznatků z předchozího vývoje společně s využitím 0D, 1D a 3D CFD simulací. S pomocí sedmi variant simulačních výpočtů je zkoumán vliv objemu zapalovací komůrky, ale i průměr a orientace propojovacích otvůrků, na rychlost hoření ve válci. Při tvorbě prostorových výpočetních sítí pro detailní simulaci s použitím metody LES je využívána tzv. modulární koncepce sítí, která značně snižuje výpočetní nároky pro tento typ výzkumu. Na základě zjištěných poznatků z provedených simulací jsou formulovány zásady pro návrh optimálního tvaru zapalovací komůrky a vhodné orientace propojovacích otvůrků.

The diploma thesis deals with the issue of internal combustion engines that work with lean air-fuel mixture. The theoretical part shows that it is possible to increase the efficiency of spark-ignition engines by successful mastering the technology of burning a lean mixture. Simultaneously, it is possible to achieve very low production of total emissions if the suitable fuel, such as biogas, is used. The presented work focuses on the technology of pre-chamber ignition in which the shape is optimized with respect to the mixture ignition and the burn rate in the cylinder. Knowledge from the previous development together with the use of 0D, 1D and 3D CFD simulations are used for the solution in this study. The effect of pre-chamber volume as well as the diameter and the orientation of the connecting orifices on the burn rate in the cylinder are researched with the help of seven variants of simulation calculations. When creating spatial computational meshes for detailed simulation using LES method, the so-called modular meshes concept is used, which significantly reduces the computational demands for this type of research. Based on the acquired knowledge from the accomplished simulations, the principles for the optimal shape design of the pre-chamber and the appropriate orientation of the connecting orifices are formulated.