Experimental analysis and multidimensional modeling of water condensation due to low-pressure exhaust gas recirculation activation during engine cold starts

Resumen

El creciente uso de la recirculación de gases de escape durante los últimos años debido a la reducción del impacto en las emisiones de NOx y la alta demanda de soluciones para cumplir con las restricciones de homologación ha revelado la necesidad de estudiar profundamente el sistema para operar de forma continua e independiente de las condiciones límite. . Como consecuencia de esto y sabiendo que el principal inconveniente de emplear la recirculación de gases de escape a baja presión es la generación de condensación que provoca erosión en el impulsor del compresor, se requiere investigación para comprender y predecir la condensación durante la activación de la recirculación de gases de escape. Este trabajo se ha centrado en generar y mejorar la predicción de condensación del modelado; y también, el desarrollo de técnicas experimentales que validen los modelos propuestos para el cálculo del agua de condensación en ciclos de homologación de calentamiento en frío. En cuanto al trabajo experimental presentado en la tesis, los esfuerzos se han centrado en las medidas de condensación en dos localizaciones diferentes. Por un lado, en el enfriador de recirculación de gases de escape de baja presión, cambiando las condiciones de entrada mientras simula las condiciones de calentamiento de un motor. Por otro lado, la condensación se ha medido en la salida del empalme de tres vías donde se mezcla la recirculación de gases de escape con el aire fresco procedente del ambiente. Además, se han desarrollado metodologías novedosas para medir con técnicas ópticas y con medidas indirectas la condensación de mezcla. En términos del modelado de condensación, esta tesis se ha basado en dos temas principales. El primer tema relacionado con el modelado fue un modelo de condensación 0D para calcular la condensación en los intercambiadores de calor y, en particular, en los enfriadores de recirculación de gases de escape de baja presión. Siguiendo este tema, se ha realizado una validación cuantitativa de un submodelo de condensación 3D-CFD mediante medidas experimentales. El segundo tema se ha centrado en desarrollar nuevas metodologías estadísticas para reducir la complejidad del cálculo de condensación en simulaciones multidimensionales y reducir los parámetros de multifidelidad con la reducción del coste computacional. Estas metodologías han permitido calcular la condensación en ciclos de homologación y realizar análisis de sensibilidad con diferentes condiciones.