Study of diesel sprays using computational fluid dynamics

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se desarrolló un modelo numérico para simular los principales subprocesos que ocurren en un chorro diesel usando un código CDF de libre acceso. El modelo se validó comparando valores predichos de la penetración de la punta del chorro para el dimetil éter (DME) con datos experimentales reportados en la literatura y resultados obtenidos a partir de correlaciones empíricas. Una vez validado, el modelo se usó para evaluar el efecto del tipo de combustible, la presión de inyección y la presión del gas ambiente en la penetración de la punta del chorro, el diámetro medio de Sauter (SMD) y la masa de combustible evaporada. Las propiedades del fluido afectaron significativamente los procesos de atomización y vaporización y en menor medida la penetración del chorro. Independientemente de las presiones de inyección y del gas ambiente, el SMD incrementó con la viscosidad y la tensión superficial mientras la tasa de evaporación incrementó con la volatilidad del combustible. A bajas presiones del gas ambiente el proceso de vaporización fue altamente favorecido así como la penetración del chorro. Para ambos combustibles, a medida que la presión de inyección se incrementó el SMD disminuyó y la tasa de evaporación aumentó.

ABSTRACT: In this work a numerical model for simulating the main sub-processes occurring in a fuel spray was developed using an open-source CFD code. The model was validated by comparing predicted dimethyl ether (DME) spray tip penetrations with experimental data reported in literature and some results obtained from empirical correlations. Once validated, the model was used for evaluating the effect of fuel type, injection pressure and ambient gas pressure on spray tip penetration, Sauter mean diameter (SMD) and evaporated fuel mass. Fuel properties significantly affected the atomization and evaporation processes and in a lesser extent spray fuel penetration. Regarding the injection and ambient gas pressures, the SMD increased with viscosity and surface tension while the evaporation rate increased with fuel volatility. At low ambient gas pressures the evaporation process was highly favored as well as the spray penetration. For both fuels, as injection pressure increased the SMD decreased and the evaporation rate increased.