La importancia de la dinámica de mallas en la simulación de motores de combustión interna: algunas nuevas tendencias

Abstract

La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD por Computational Fluid Dynamics) es una herramienta muy adecuada y poderosa para el estudio de motores de combustión interna. Sin embargo, es necesario emplear herramientas específicas que permitan abordar las características dinámicas de la geometría de los motores. Se identifican principalmente dos rasgos problemáticos. En primera instancia, se requiere afrontar las grandes variaciones de volumen que sufre el cilindro durante las diferentes carreras. Por otra parte, se debe resolver la interacción entre el cilindro y los puertos de admisión y escape, la cual es variable a lo largo del ciclo de funcionamiento. En este contexto, este trabajo presenta nuevas estrategias en la temática de mallas dinámicas con el objetivo de resolver motores de combustión interna. En particular, se detallan las contribuciones realizadas sobre la conocida técnica de Layering, la cual se utiliza para adaptar la malla acorde al movimiento del pistón dentro del cilindro para evitar relaciones de aspecto de mallas exageradas. Se presentan métodos para poder controlar el tamaño de la malla en las diferentes zonas del cilindro y se propone un nuevo esquema para implementar la técnica mediante cómputo en paralelo. Por otro lado, la interacción entre puertos y cilindros se resuelve mediante una técnica de interfaces llamada IMAA (Interfaz de Malla Acoplada Arbitraria) la cual se adapta para funcionar de forma combinada con Layering. Las nuevas herramientas son implementadas en la suite OpenFOAM(R), donde se las incorpora dentro del marco de un solver de flujo compresible. Las funcionalidades de malla dinámica se adoptan para simular el ciclo completo en un motor de pistones opuestos de dos tiempos en donde se evalúan las características del flujo resultante.