11nd International Conference of Mechanical Engineering
COMEC 2023
VI Symposium of Computer Aided Design and Engineering, Biomechanics and Mechatronics
Abstract
The urgent need to carry out the energy transition has prompted researchers to explore various study methodologies to promote the use of renewable fuels in alternative internal combustion engines (ICE) as a substitute solution to fossil fuels. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was employed to simulate the inlet and interaction of the working fluid with different geometries of an ICE during the cold cylinder filling process. A less-documented CFD software implementing the Navier-Stokes equations and the turbulence model (k-ε) was utilized for this purpose. The first step involved comprehending the intake phase of the ICE and adapting the initial and boundary conditions according to the requirements of the CFD software. By employing computer-aided design (CAD) of the ICE, the behavior of the working fluid inside the cylinder was successfully represented, considering variables such as velocity, pressure, mass flow rate, as well as pressure fields and turbulent phenomena like swirl and tumble. The validation of the results demonstrated that the implemented CFD methodology accurately represents the fluid-solid interaction during the intake of the working fluid into the engine, exhibiting a high level of convergence consistent with previous research. Consequently, this CFD methodology can be applied to investigate innovative processes such as the blending of renewable fuels, including synthesis gas and pure hydrogen, in the operation of ICEs.
Resumen
La necesidad urgente de llevar a cabo la transición energética ha motivado a investigadores a explorar diversas metodologías de estudio con el fin de impulsar el uso de combustibles renovables en motores de combustión interna alternativos (MCIA) como una solución sustituta a los combustibles fósiles. En este trabajo, se utilizó la dinámica de fluidos computacional (CFD) para simular la entrada e interacción del fluido de trabajo con las diferentes geometrías de un MCIA durante el proceso de llenado del cilindro en frio, para lo cual se empleó un software CFD poco documentado que implementa las ecuaciones de Navier-Stokes y el modelo de turbulencia (k − ε). El primer paso fue comprender la fase de admisión del MCIA y adaptar las condiciones iniciales y de frontera según los requisitos del software CFD. Utilizando un diseño asistido por computadora (CAD) del MCIA, se logró representar el comportamiento del fluido de trabajo dentro del cilindro considerando variables como velocidad, presión y caudal másico, así como los campos de presión y los fenómenos turbulentos Swirl y Tumble. La validación de los resultados mostró que la metodología implementada mediante CFD representa la interacción fluido/sólido durante la entrada del fluido de trabajo al motor, obteniendo una alta convergencia en concordancia con investigaciones anteriores. Por lo tanto, esta metodología CFD puede aplicarse para estudiar procesos innovadores como la mezcla (blending) de combustibles renovables, incluyendo el gas de síntesis e hidrógeno puro, en el funcionamiento de los MCIA.
About The Speaker
Ing. Ivan Calderon
Discussion