Análise com velocimetria por rastreamento de partículas de interações turbulentas em sprays de etanol.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Ganino, Victor Cupola
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Atonização e spray; Ethanol spray; Experimental analysis; Injeção de etanol (Engenharia); Mecânica dos fluidos; Motores de combustão interna; Velocimetria por rastreamento de partículas; Velocity field
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-23022024-080342/

Motores a combustão interna visando sustentabilidade associada a menores consumos de combustível e diminuição de emissão de poluentes são demandas para as próximas gerações de veículos. O combustível etanol é uma boa alternativa para as demandas do mercado interno quando equipado a sistemas de injeção direta de combustível. No desenvolvimento e formação de sprays, a dinâmica do ar admitido é fundamental para estabelecer um conhecimento mais sólido para o ambiente da câmara de combustão. Técnicas de medição da velocidade de fluidos são amplamente usados e as técnicas mais confiáveis ultimamente são as medições ópticas não intrusivas, como o PIV (Particle Image Velocimetry) e o PTV (Particle Image Velocimetry). Apesar da popularidade do PIV, a técnica de PTV está ganhando atenção devido aos novos algorítimos desenvolvidos para lidar com escoamentos com maiores densidade de partículas, visto que suas demandas eram específicas para avaliação de fluxos com menores densidade de partículas. Este trabalho visa em avançar os estudos sobre o campo de velocidades do ar dentro da câmara de combustão no qual foram conduzidos anteriormente para o desenvolvimento de sprays de etanol, usando a IESC (Isothermal Ethanol Spray Chamber ) do laboratório LETE da Universidade de São Paulo, mas com a perspectiva da técnica de PTV. O objetivo foi ampliar a compreensão do comportamento do ar ao redor do desenvolvimento do spray em motores a combustão interna com injeção direta usando os dados experimentais obtidos para a técnica PIV e comparar com a técnica PTV para as mesmas imagens cruas do ar que circunda o spray. A medição PIV apresentou muito ruído em áreas de baixa densidade de partículas ou altos gradientes de velocidade. Através de pré-processamento de imagens, foi possível melhorar em 150% as relações com SNR. Os resultados foram agrupados e aplicadas as médias e a média de detecção dos vetores outliers foi por volta de 15%. Além disso, analises foram feitas para garantir a qualidade do vetor resultante com uma amplitude de peak locking entre 8 a 18% e um histograma de deslocamento subpixel aproximadamente plano. O campo vetorial do PTV mostrou boas informações e sua variação da magnitude da velocidade global, U , variou entre 2 e 15 m/s. As componentes u e v desses vetores foram encontradas e suas comparações com o estágio do desenvolvimento do spray e pressões de injeção foram relacionados. A shear layer mostrou ser um desafio e sua componente v do ar nos primeiros instantes do spray teve um acréscimo de 52, 4%. Estruturas de recirculação, arraste do ar para as cavidades do spray, e um arraste global atrás do spray puderam ser encontrados usando a técnica de PTV. O escoamento bi-fásico mostrou ser desafiador, porém o PTV proveu informações sobre o ar que circunda o desenvolvimento do spray em condições experimentais que motores reais operam, exceto para baixas rotações ou condições de altas demandas.