Study Of Spray-Air Interaction In A Gasoline Fuel Injection System Under Various Flash Boiling Conditions
[ES] La inyección de combustible en sistemas de combustión, particularmente de gasolina, sigue desempeñando un papel importante en la industria automotriz y en la investigación actual dado su potencial para lograr una alta eficiencia con bajas emisiones. En este contexto, el presente estudio tiene c...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de València (UPV) |
| Repositorio: | RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:riunet.upv.es:10251/228415 |
| Acceso en línea: | https://riunet.upv.es/handle/10251/228415 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Optical diagnosis Gasoline Direct Injection (GDI) Phase Doppler Particle Analyzer/Anemometry (PDPA) Spray Collapse Flash Boiling Internal Flow Droplets 07.- Asegurar el acceso a energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas para todos 09.- Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación |
| Sumario: | [ES] La inyección de combustible en sistemas de combustión, particularmente de gasolina, sigue desempeñando un papel importante en la industria automotriz y en la investigación actual dado su potencial para lograr una alta eficiencia con bajas emisiones. En este contexto, el presente estudio tiene como objetivo profundizar en la comprensión de los fenómenos clave que afectan la inyección y la atomización del chorro. Esta investigación analiza dos inyectores GDI, ambos capaces de operar a altas presiones de inyección. Uno sirve como referencia principal para la caracterización, mientras que el segundo se utiliza con fines comparativos y para la validación de las tendencias observadas. Se emplean dos combustibles para simular diferentes propiedades de volatilidad de los compuestos de la gasolina y reproducir condiciones de flashing más extremas, así como Etanol, un alcohol representativo usualmente considerado en estrategias de bajas emisiones de carbono. Se llevó a cabo una metodología exhaustiva para medidas de chorro GDI mediante PDPA usando un equipo nuevo en el centro de investigación que albergó este proyecto, el Clean Mobility and Thermofluids (CMT). Además, se mejoró el control de la temperatura en la maqueta mediante la instalación de un nuevo módulo de resistencias y aislamiento para un calentamiento más rápido y homogéneo del gas ambiente. También se probaron dos ventanas giradas para optimizar la alineación del PDPA. Para el flujo interno, se realiza una caracterización que incluye la tasa de momento (ROM) y la tasa de inyección (ROI) de ambas toberas. La geometría de éstas se midió utilizando varias técnicas, incluidas técnicas ópticas avanzadas de rayos X en el Argonne National Laboratory (ANL). La visualización lateral con dispersión MIE ayudó a tener una idea clara de los fenómenos que tienen lugar durante las inyecciones mientras se realizaban mediciones de tamaño y velocidad de gotas. En este sentido, algunas de las condiciones de flashing más extremas produjeron el fenómeno de colapso del chorro debido la interacción de las plumas. Se observaron diferentes estructuras de colapso, una para colapso transicional y otras para colapsos completos. Los datos de velocidad y tamaño de las gotas en varias posiciones axiales y radiales confirmaron las tendencias esperadas de atomización, particularmente la influencia positiva de la alta presión de inyección, la temperatura ambiente y el flash boiling. Se observó una clara relación inversa entre RP y el tamaño de las gotas en la mayoría de las condiciones de inyección, es decir, los valores más altos de RP generalmente correspondían a Sauter Mean Diameter (SMD) más bajos. Sin embargo, las desviaciones de esta tendencia atribuidas al inicio del colapso del chorro introdujeron gotas más grandes en la distribución. Siguiendo esta línea, un mapeo de los regímenes de colapso, que van desde leves hasta extremos, permitió determinar que los tamaños de gota dentro de la región de colapso eran consistentemente mayores que los del chorro principal y a menudo anulaban los efectos positivos sobre la atomización de la alta presión de inyección o la ebullición instantánea. La metodología experimental demostró ser efectiva para medidas con PDPA en la región central del inyector, incluso en escenarios de colapso extremos. Así pues, se identificó una banda de colapso cerca del centro del inyector. Esta región es rodeada por áreas con velocidades negativas o fenómenos de flujo inverso, revelando que la posición del colapso está fuertemente influenciada por los chorros más energéticos. En general, se espera que estos resultados cualitativos y cuantitativos contribuyan a la investigación chorros GDI con combustibles volátiles, brindando una aplicación novedosa de herramientas de medición establecidas, y que ofrezcan una comprensión más amplia de estos chorros, además de apoyar futuras investigaciones sobre el diseño de inyectores, estrategias de inyección y optimización de la combustión. |
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