Para los científicos e ingenieros, el proceso de mejorar el rendimiento de los motores y los combustibles se siente un poco como conducir en una carretera de un solo carril. A menudo deben desarrollar y probar sus diseños y prototipos, uno por uno, lo que ralentiza el ritmo de la innovación.
Las computadoras pueden acelerar el proceso al simular cómo los combustibles y los diseños de motores afectan el rendimiento y las emisiones. Sin embargo, la mayoría de las computadoras pueden manejar solo un puñado de escenarios a la vez, muy pocos para crear una imagen completa del rendimiento del combustible durante la combustión.
Ahora los investigadores del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía DOE han trasladado el proceso de desarrollo a la línea de paso. Por primera vez, los científicos e ingenieros de Argonne identificaron los diseños de motores para un combustible determinado utilizando el superordenador Mira en el corazón delArgonne Leadership Computing Facility ALCF, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
Con la destreza de supercomputación de Mira, el equipo del Instituto de Investigación de Motores Virtuales de Argonne y el equipo de la Iniciativa de Combustibles VERIFI simularon más de 2,000 combinaciones de diseño de motores y "redujeron el tiempo de diseño de meses a semanas", dijo Sibendu Som, líder del grupo y principal científico computacional en Argonne.
Las simulaciones de Argonne se realizaron con escenarios de diseño del Centro de Investigación Aramco - Detroit, uno de los tres centros de investigación con sede en los EE. UU. Operados por la subsidiaria norteamericana de Saudi Aramco, Aramco Services Company ASC. Un área de su investigación busca hacer coincidir el motormodos de combustión con propiedades mejoradas de combustible para crear una mayor eficiencia y tecnologías de transporte con menos emisiones.
"Las simulaciones realizadas por Argonne encontraron dos conceptos optimizados de motor de combustible que podrían mejorar sustancialmente la eficiencia del combustible", dijo Yuanjiang Pei, un científico de laboratorio que se especializa en dinámica de fluidos computacional en el Centro de Investigación Aramco - Detroit.
El programa de Detroit de Aramco incluye una gama de investigación automotriz de todo el sistema, que incluye tecnologías avanzadas de encendido por chispa, encendido por compresión e ignición por compresión de gasolina GCI. Aramco está examinando los combustibles actuales del mercado y explorando el desarrollo de nuevas formulaciones de combustible.
"Estamos analizando qué tan bien se combinan las nuevas formulaciones de combustible en comparación con los combustibles convencionales y si se pueden optimizar para que funcionen mejor", dijo Som.
Al simular cómo se comporta un combustible altamente volátil y con bajo contenido de hollín en muchos diseños de motores, "esperamos retener el rendimiento del combustible diesel con menores emisiones de partículas y óxido de nitrógeno", dijo Roberto Torelli, investigador postdoctoral de Argonne en el equipo de Som.
Som y sus colegas simularon el rendimiento del motor de combustible en cuatro condiciones de funcionamiento y para conceptos de seis pistones, así como varios diseños de inyectores de combustible y estrategias de inyección de combustible. Redujeron los escenarios de mejor rendimiento a dos conjuntos específicos de diseños de pistones e inyectores queestán siendo evaluados por Aramco en sus instalaciones de Detroit.
La investigación, explicada en el documento "Optimización del sistema de combustión controlada por mezcla de alta resistencia guiada por CFD con un combustible similar a la gasolina", es una de las tres publicaciones derivadas del trabajo de Argonne con coautores del centro de investigación de Aramco en Detroit publicado por la Sociedad deIngenieros Automotrices SAE.
Los otros dos estudios relacionados de Argonne con Aramco exploran más a fondo cómo se comportan las nuevas formulaciones de combustible en diversas condiciones operativas. El documento de Som "Comparación de las características de flujo en la boquilla de los combustibles de nafta y N-dodecano" en coautoría con Torelli, indica, por ejemplo,que algunos combustibles bajo investigación pueden cavitarse o vaporizarse dentro del inyector de combustible antes de ingresar a la cámara de combustión.
Un tercer estudio de simulaciones realizado por el investigador postdoctoral Som y Argonne, Pinaki Pal, identifica las condiciones en las que las nuevas formulaciones de combustible pueden prosperar bajo la combustión a baja temperatura, lo que conduce a una reducción de las emisiones y una mayor eficiencia. Este tercer estudio "es la primera vez que simulamosmayor comportamiento de la gasolina de cetano en condiciones deseables de combustión a baja temperatura con diseños óptimos de motor en mente ", dijo Pal.
Estos resultados, vitales para el trabajo en profundidad de diseño de motores y combustibles, se detallan en el documento "Investigación numérica de un combustible similar a la gasolina en un motor de encendido por compresión de servicio pesado utilizando análisis de sensibilidad global" que se publicará en una próxima ediciónedición de la SAE Revista Internacional de Combustibles y Lubricantes .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Dave Bukey. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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