Experimental analysis and multidimensional modeling of water condensation due to low-pressure exhaust gas recirculation activation during engine cold starts
- Autores: Francisco Moya Torres
- Directores de la Tesis: Roberto Navarro García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Luján Martínez (presid.), Francisco Vera García (secret.), Xavier Tauzia (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Sistemas Propulsivos en Medios de Transporte por la Universitat Politècnica de València
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
- español
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.
- English
The increasing use of the exhaust gas recirculation during the last years due to the impact reduction on the NOx emissions and the high demand on solutions to fulfill the homologation restrictions has revealed the need of studying deeply the system to operate continuously and independently of the boundary conditions. As a consequence of this and knowing that the main drawback of employing the low pressure exhaust gas recirculation is the condensation generation that causes erosion on the compressor impeller, research is required to understand and to predict the condensation during the exhaust gas recirculation activation.
This work has been focused on generating and improving the modelling condensation prediction; and also, the development of experimental techniques that validates the proposed models for calculating the condensation water at cold warm-up homologation cycles.
Concerning the experimental work presented on the thesis, the eorts has been focused on the condensation measurements in two dierent locations. On one hand, on the low pressure exhaust gas recirculation cooler, changing inlet conditions while simulating warm-up conditions on an engine. On the other hand, the condensation has been measured at the three-way junction outlet where the exhaust gas recirculation is mixed with fresh air coming from the ambient. Also, novel methodologies has been developed for measuring with optical techniques and with indirect measurements the mixing condensation.
In terms of the condensation modeling, this thesis has been based in two main topics. The first topic regarding modeling was a 0D condensation model for calculating the condensation on heat exchangers and in particular, on low pressure exhaust gas recirculation coolers. Following this topic, it has been a quantitative validation of a 3D-CFD condensation submodel by means of experimental measurements. The second topic has been centered on developing new statistical methodologies for reducing the condensation calculation complexity on multi-dimensional simulations and reducing multi-fidelity parameters with the reduction of the computational cost. These methodologies have allowed to calculate the condensation on homologation cycles and to perform sensitivity analysis with different conditions.
- español
