Etapa de Post-Procesamiento de Resultados CFD para Múltiple de Escape

El análisis en el que se interpretan los resultados obtenidos en la simulación en las tres fases: ralentí, media carga y plena carga, y debe ser aceptado con un buen criterio ingenieril para dar posibles soluciones a los problemas que se puedan presentar en la geometría que se analizó.

Figura 43-3: Simulación final. Fuente: Autores

b) Análisis de los resultados en la fase de ralentí.

La simulación en la fase de ralentí cuenta con parámetro inicial de configuración de

velocidad de ingreso hacia los conductos del múltiple a 8.333 m/s y 100 ˚C, los mismos

que se desplazan por los conductos internos, la geometría del múltiple favorece a un buen desplazamiento del flujo volumétrico del fluido que ya la velocidad de ingreso se reduce en un valor ligeritamente pequeño.

Figura 44-3: Fase de ralentí. Fuente: Autores

El flujo de aire que ingresar por conductos internos que se detallas en la Figura. 3.44, muestra que su trayectoria al atravesar por los contornos internos se genera fricción y la forma de conductos reduciendo de forma considerable la energía y por consiguiente la velocidad de fluido, seguidamente el flujo pasa por el estrechamiento donde el diámetro es mayor a los conductos la velocidad gases de escape allí tiende a disminuir, pero favorece circulación hacia tubo de escape.

Las trayectorias del fluido son uniformes ya que al estar en un estado de ralentí la velocidad de salida de los gases de escape es menor y por lo tanto la fricción contra las paredes y fluido es menor. Al haber un estrechamiento gradual la presión aumenta y la velocidad del fluido disminuye.

Figura 45-3: Estrechamiento gradual fase ralentí. Fuente: Autores

c) Análisis de los resultados en la fase media carga.

La simulación ha cambiado la prueba a media carga donde los parámetros de configuración de ingreso al programa computacional son: 11.666 m/s y 350 ˚C.

Figura 46-3: Media carga. Fuente: Autores

El fluido ingresa a los conductos de los múltiples provenientes de la culata y a la vez cámara de combustión, donde la figura muestra que la trayectoria de los gases de escape al ingresar por los conductos existe presencia de disminución de energía y complementando con velocidad por la fricción de las con los contornos internos sumado a ello la geometría que poseen los conductos. Seguidamente se traslada los gases de escape hacia el estrechamiento donde aparece un decremento de energía y velocidad por

fricción con las cavidades internas del múltiple y el fluido pasar a un tubo de Venturi, pero a la vez favoreciendo a la evacuación de gases hacia el tubo de escape.

Las trayectorias del fluido son uniformes ya que al estar en un estado de media carga la velocidad de salida de los gases de escape aumenta y por lo tanto la fricción contra las paredes y fluido es mayor. Al haber un estrechamiento gradual la presión aumenta y la velocidad del fluido disminuye.

Figura 47-3: Estrechamiento gradual fase media carga. Fuente: Autores

d) Análisis de los resultados en la fase de plena carga.

La simulación ha llegado al tope máximo donde los parámetros de configuración son:

17.222 m/s y 500 ˚C.

Figura 48-3: Plena carga. Fuente: Autores

El fluido ingresa a los conductos de los múltiples provenientes de la culata y a la vez cámara de combustión, donde la figura muestra que la trayectoria de los gases de escape al ingresar a velocidad superiores a las anteriores por los conductos existe presencia de disminución de energía y complementando con disminución de velocidad por la fricción de las con los contornos internos sumado a ello la geometría que poseen los conductos. Seguidamente se traslada los gases de escape hacia el estrechamiento donde aparece un decremento de energía y velocidad por fricción con las cavidades internas del múltiple además el aparecimiento de turbulencia por el cambio de sección que el fluido pasar a un tubo de Venturi, pero a la vez favoreciendo a la evacuación de gases hacia el tubo de escape.

Las trayectorias del fluido son disformes ya que al estar en un estado de plena carga la velocidad de salida de los gases de escape aumenta y por lo tanto la fricción contra las paredes y fluido es mucho mayor que en las fases anteriores. Al haber un estrechamiento gradual la presión aumenta y la velocidad del fluido disminuye.

Figura 49-3: Estrechamiento gradual fase plena carga. Fuente. Autores

Tabla 8-3: Información de malla para la simulación de fase de ralentí

Dominio Nodos Elementos

Dominio 28720 136791

Tubería 35484 137400

Todos los Dominios 64204 274191

Fuente: Autores

Realizado por: Wilson Guaytoso, 2018

Tabla 9-3: información de malla para la simulación de fase de plena carga

Dominio Nodos Elementos

Dominio 28720 136791

Tubería 35484 137400

Todos los Dominios 64204 274191

Fuente: Autores

Realizado por: Wilson Guaytoso, 2018

La simulación final del ANSYS-WORKBENCH con su complemento FLUENT.CFD arroja parámetros de acuerdo las dos tablas anteriores donde se detallan los números totales: dominio, nodos, elementos los mismo que han intervenido dentro de la simulación en sus tres fases críticas: ralentí, media y plenas carga.

El múltiple de escape que representa nuestro elemento en estudio, que de acuerdo a nuestros requerimientos se ha sometido a restricciones denominándolo como elementos y este a su vez siendo este el dominio del problema; los resultados que se muestran en la tabla 3-8 y tabla 3-9, exponen la suma algebraica total del número de nodos 64204 y un total de elementos (triángulos, tetraedros ) 274191, en las tres simulaciones, y estos elementos no variaran en ninguna de las simulación ya que el software configura de acuerdo las restricciones, parámetros, requerimiento del programador y la calidad del mallado. Los factores que varían son: temperatura velocidad en las pruebas.

Gráfico 5-3:Simulación del múltiple de escape. Velocidad Fuente: Autores

La simulación que se muestra en el grafico 3-5, hace referencia a la trayectoria de los gases de escape por los conductos internos del nuevo múltiple escape, para una mejor interpretación de los resultados el software muestra las tres simulaciones (ralentí, media y plena carga), con sus respectivas curvas y acompañadas del código de colores para cada caso.

La curva en la fase de ralentí, parte de una velocidad 5.9 m/s, al desplazar por los contornos internos tiende a favorecer la salida de los gases ya que la geometría diseñada a si lo abalizan y esto lo reconfirma mediante la curva que llega a un pico alto de 9 m/s y en subsiguientes pruebas tiende a subir de forma exponencial con diferentes picos como se muestra en la curva.

La curva en la fase de media carga, parte de una velocidad inicial de los gases de 9 m/s, al desplazar por conductos internos favorece a la circulación más eficiente de los gases y medida que incrementa número de revoluciones, los valores puntos más altos crece de forma exponencial, estableciendo la validación del nuevo diseño.

La curva en la fase de plena carga, parten de una velocidad inicial de los gases de 14.888 m/s, los gases están en su punto más caótico sabiendo que el automotor en punto más alto de funcionamiento, entonces la geometría ayuda al traslado de los gases establecido en la gráfica de forma numérica lo cual posiciona en 26 m/s y posteriores pruebas con el incremento de revoluciones sus picos crecen de forma exponencial.

Gráfico 6-3:Simulación del múltiple de escape. Presión Fuente: Autores

Gráfico 7-3: Simulación del múltiple de escape. Temperatura Fuente: Autores

Gráfico 8-3: Simulación del múltiple de escape. Energía cinética Fuente: Autores

Gráfico 9-3: Simulación del múltiple de escape. Viscosidad Fuente. Autores