A New Physics-Based Modeling Approach for a 0D Turbulence Model to Reflect the Intake Port and Chamber Geometries and the Corresponding Flow Structures in High-Tumble Spark-Ignition Engines

Kim, Yirop; Kim, Myoungsoo; Oh, Sechul; Shin, Woojae; Cho, Seokwon; Song, Han Ho

doi:10.3390/en12101898

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“…They differ mainly on the way to describe the energy flow into the cylinder, on the production of turbulence from the non-tumble mean flow and on the creation of turbulence by the tumble movement decay. For this model, the choice was made to adopt the general structure of the equations of the first Fogla model [76] with an in-cylinder mass flow multiplied by the coefficient 𝐶 𝑇 and to integrate the tumble decay function resulting from an analytical calculation of Kim's model [77]. This choice avoids additional heavy CFD calculations.…”

Section: Prediction Of the In-cylinder Turbulencementioning

confidence: 99%

Zero-dimensional turbulence modeling of a spark ignition engine in a Miller cycle « Dethrottling » approach using a variable valve timing system

Perceau

Guibert

Guilain

2021

Applied Thermal Engineering

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Section: Prediction Of the In-cylinder Turbulencementioning

confidence: 99%

Zero-dimensional turbulence modeling of a spark ignition engine in a Miller cycle « Dethrottling » approach using a variable valve timing system

Perceau

Guibert

Guilain

2021

Applied Thermal Engineering

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“…Ils différent principalement sur la manière de décrire l'entrée d'énergie dans le système, sur la production de turbulence issue de l'écoulement moyen non tumble et sur la création de turbulence par destruction du mouvement de tumble. Pour ce modèle, le choix a été fait de conserver la structure générale des équations du modèle de Fogla avec un débit entrant multiplié par le coefficient [27] tout en intégrant la fonction tumble decay issue d'un calcul analytique du modèle de Kim [28]. Ce choix permet de s'astreindre de lourds calculs CFD supplémentaires.…”

Section: Table 1 Evolution Des Dimensions Du Moteur En Fonction Du Dunclassified

“…Le coefficient , constante de calage, permet de décomposer cette énergie en deux, avec une partie injectée dans l'équation de MKE et l'autre dans celle de TKE. Le terme de création de moment cinétique de l'écoulement tumble ̇ se calcule avec rayon de tumble issu du calcul du moment d'inertie à la manière de Kim [28]. Les deux termes d'énergie entrante s'écrivent :…”

Section: Table 1 Evolution Des Dimensions Du Moteur En Fonction Du Dunclassified

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Modélisation 0D turbulente d’un moteur essence en vue de sa Millérisation

Perceau¹,

Guibert²,

Guilain³

2020

Entropie

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Les nouvelles restrictions environnementales poussent les constructeurs automobiles à s'intéresser aux cycles à détente prolongée et à laisser de côté le classique cycle de Beau de Rochas. Le cycle de Miller fait partie de cette famille de cycle et peut s'appliquer simplement aux moteurs à allumage commandé en modifiant le diagramme de fermeture des soupapes d'admission. Le moteur effectue une détente plus importante que la phase de compression effective. La millérisation d'un moteur se fait en augmentant la taille de celui-ci et en fermant les soupapes d'admission en avance. L'instant de fermeture est choisi de manière à suivre la même phase de compression effective que le moteur de référence. Cette démarche est connue sous le nom de « rightsizing ». Ce papier décrit une approche zéro dimensionnelle pour estimer les bénéfices obtenus par la millérisation d'un moteur de référence. Le modèle comprend un sous modèle de transfert thermique, basé sur la corrélation du coefficient de convection de Woschni, ainsi qu'un sous modèle de frottements qui permet de prendre en compte l'effet d'une augmentation de la taille. La fermeture prématurée des soupapes d'admission du cycle de Miller tend à réduire l'intensité des mouvements aérodynamiques internes au cylindre, le niveau de turbulence en fin de compression est donc réduit. Ce phénomène augmente la durée de combustion et affecte le rendement. Un modèle de turbulence K-k-ε est utilisé pour estimer l'intensité de la turbulence en fin de compression. Une relation entre la durée de combustion et la turbulence est proposé. Pour le moteur de référence, les gains obtenus par millérisation permettent l'augmentation d'un point de rendement, correspondant à une amélioration d'efficacité d'environ 3%, valeur très significative pour un rendement. ABSTRACT. New environmental regulations are encouraging automakers to focus on over-expanded cycles and to set aside the classic Otto cycle. The Miller cycle is part of this family of cycles and can be applied to spark ignition engines easily by modifying the intake valve closing event. The engine expands more than the actual compression phase. The millerization of an engine is done by increasing the size of the engine and closing the intake valves in advance. The closing time is chosen to follow the same effective compression phase as the reference engine. This process is known as "rightsizing". This paper describes a zero-dimensional approach to estimate the benefits obtained by millerization of a reference engine. The model includes a heat transfer sub-model, based on the Woschni coefficient, as well as a friction sub-model that allows us to take into account the effect of an increase in size. Premature closure of the intake valves in the Miller cycle tends to reduce the intensity of aerodynamic movements within the cylinder, so the level of turbulence at the end of compression is reduced. This phenomenon increases combustion duration and affects efficiency. A K-k-ε turbulence model is used to estimate the intensity of turbulence at the...

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“…An aeroengine, with the requirements of long engine life, great operational flexibility, and control performance, is a complicated aerothermodynamic system [1]. The engine model is formulated in a set of mathematical expressions for controller design and health monitoring [2,3]. In the modeling process, the goal is to obtain an accurate and real-time model with a simple structure.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Novel Real-Time Mechanism Modeling Approach for Turbofan Engine

et al. 2019

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Nonlinear component level model (NCLM) is a widely used model for aeroengines. However, it requires iterative calculation and is, therefore, time-consuming, which restricts its real-time application. This study aims at developing a simplified real-time modeling approach for turbofan engines. A mechanism modeling approach is proposed based on linear models to avoid the iterative calculation in NCLM so as to effectively reduce the computational complexity. Linear local models, of which the outputs are the solution of the balance equations in NCLM, are established at the ground operating points and are combined into a linear parameter varying (LPV) state-space model. Then, the model is extended throughout the full flight envelope in a polytopic expression and is integrated with the flow path calculation to obtain satisfactory real-time performance. In order to ensure the accuracy of the integrated model, the upper bound of convergence residual of the iteration is strictly set and consideration on the interpolation method is taken. The simulation results demonstrate that the integrated model requires much less computational resources than the NCLM does. Meanwhile, it maintains an acceptable accuracy performance and, therefore, is suitable for real-time application.

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A New Physics-Based Modeling Approach for a 0D Turbulence Model to Reflect the Intake Port and Chamber Geometries and the Corresponding Flow Structures in High-Tumble Spark-Ignition Engines

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Zero-dimensional turbulence modeling of a spark ignition engine in a Miller cycle « Dethrottling » approach using a variable valve timing system

Zero-dimensional turbulence modeling of a spark ignition engine in a Miller cycle « Dethrottling » approach using a variable valve timing system

Modélisation 0D turbulente d’un moteur essence en vue de sa Millérisation

A Novel Real-Time Mechanism Modeling Approach for Turbofan Engine

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