Advanced

Development of a spray evaporation model for SRM simulations

Nilsson, Thommie LU (2012) FYSK01 20121
Department of Physics
Abstract
A fuel vaporization model has been developed for stochastic reactor simulations of engine in-cylinder combustion. The model includes calculations of evaporation rate from fuel droplets based on the diffusion of vapor from the surface of droplets, and the heating of droplets based on convective heat transfer with correction due to mass transfer. A simple deceleration model for droplets was also included. Some of the stochastic particles that represent the cylinder gas were used to represent different parts of the spray and the droplets interact with them in sequence. Dependence on some modeling parameters was investigated and a comparison with an experimental case was also made. The comparison gave qualitatively plausible results.
Abstract (Swedish)
Förångningsmodell för motorsimuleringar
En förenklad modell för förångning av bränsledroppar i direktinsprutningsmotorer har utvecklats och modellen har implementerats i ett befintligt simuleringsverktyg för dieselmotorer. Genom att simulera gastransport från och uppvärmning av bränsledroppar kan fördröjningen mellan insprutning och förångning beräknas, vilken är av stor betydelse för förbränningsprocessen.

Den utvecklade förångningsmodellen kan sägas vara en endimensionell modell, vilket innebär att det inte finns någon tredimensionell upplösning av rummet. Istället representeras de insprutade bränsledropparnas position enbart med deras avstånd från insprutaren; de färdas som punkter längs en linje. Simuleringsverktyget DARS SRM, som... (More)
Förångningsmodell för motorsimuleringar
En förenklad modell för förångning av bränsledroppar i direktinsprutningsmotorer har utvecklats och modellen har implementerats i ett befintligt simuleringsverktyg för dieselmotorer. Genom att simulera gastransport från och uppvärmning av bränsledroppar kan fördröjningen mellan insprutning och förångning beräknas, vilken är av stor betydelse för förbränningsprocessen.

Den utvecklade förångningsmodellen kan sägas vara en endimensionell modell, vilket innebär att det inte finns någon tredimensionell upplösning av rummet. Istället representeras de insprutade bränsledropparnas position enbart med deras avstånd från insprutaren; de färdas som punkter längs en linje. Simuleringsverktyget DARS SRM, som förångningsmodellen är implementerad i, är nolldimensionellt, d.v.s. har ingen upplösning av rummet alls. Gasen i cylindern representeras av ett antal stokastiska partiklar där varje partikel motsvarar en mängd gas med vissa egenskaper t.ex. en viss temperatur och en viss bränslehalt; därmed fås en fördelning av temperatur och kemiska ämnen i cylindern. Med stokastisk menas att modellen använder slumptal; SRM står för stokastisk reaktor-modell.

Kopplingen till förångningsmodellen gjordes genom att dela in linjen längs vilken dropparna färdas i intervall och sedan låta ett antal slumpvis utvalda partiklar representera dessa olika intervall. Varje droppe växelverkar på så vis enbart med den partikel som den för tillfället befinner sig i och den massa som förångas just då läggs till denna partikel.

Varje motorcykel är indelad i små tidssteg och beräkningarna utförs en gång för varje steg enligt följande: Först adderas nya bränsledroppar. Sedan beräknas förångad massa baserat på diffusionshastigheten för ånga från droppens yta. Efter det beräknas värmeöverföring till droppen från partikelgasen. För värmeöverföringen gjordes förenklingen att låta ansamlingar av droppar ha samma temperatur oberoende av deras storlek. Sist adderas den förångade massan till partikeln och partikelns temperatur uppdateras. En inbromsning av dropparnas hastighet görs också en gång per steg.

En liten studie av variationer i förångningshastigheten beroende på olika variabler gjordes och ett kvalitativt rimligt beroende på såväl dropphastighet, uppvärmningstakt och bränsletyp observerades. Modellen jämfördes även med två experimentella mätningar vilket resulterade i någorlunda rimliga resultat. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Nilsson, Thommie LU
supervisor
organization
course
FYSK01 20121
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
evaporation, vaporization, spray fuel droplets, SRM, engine combustion heating
language
English
id
2966203
date added to LUP
2012-09-06 09:41:17
date last changed
2012-09-06 09:41:17
@misc{2966203,
  abstract     = {A fuel vaporization model has been developed for stochastic reactor simulations of engine in-cylinder combustion. The model includes calculations of evaporation rate from fuel droplets based on the diffusion of vapor from the surface of droplets, and the heating of droplets based on convective heat transfer with correction due to mass transfer. A simple deceleration model for droplets was also included. Some of the stochastic particles that represent the cylinder gas were used to represent different parts of the spray and the droplets interact with them in sequence. Dependence on some modeling parameters was investigated and a comparison with an experimental case was also made. The comparison gave qualitatively plausible results.},
  author       = {Nilsson, Thommie},
  keyword      = {evaporation,vaporization,spray fuel droplets,SRM,engine combustion heating},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Development of a spray evaporation model for SRM simulations},
  year         = {2012},
}