Virtual validation of conjugate heat transfer models for internal combustion engines cooling

Lo sviluppo di una sensibilità ambientale e sostenibile degli ultimi anni ha spinto le aziende produttrici di motori a combustione interna ad un continuo miglioramento dell'efficienza termica dei propri motori, attenzionando ogni aspetto e dettaglio del loro funzionamento. Di conseguenza, è nato il bisogno industriale di sviluppare metodologie efficaci e ripetibili in grado di prevedere nella maniera più precisa possibile il comportamento termico del motore e le possibili conseguenze che può comportare un certo design piuttosto che un altro. A tale scopo, le simulazioni CFD sono un utile strumento per analisi rapide e a basso costo in grado di soddisfare le esigenze richieste. Il lavoro sviluppato all'interno del dipartimento di termofluidodinamica dell'azienda FPT Industrial S.p.A. ha avuto lo scopo di validare modelli 3D-CFD di scambio termico coniugato creati tramite il software STAR-CCM+ attraverso il confronto con dati sperimentali ricavati da termosonde posizionate sul piatto fiamma dei cilindri del motore NEF67 a gas naturale compresso. A tale scopo, è stata fatta una analisi preliminare e completa del fluido refrigerante per capirne il comportamento fluidodinamico e il successivo impatto sullo scambio termico all’interno del motore. La successiva analisi termica è costituita da diversi passaggi che sono stati effettuati con lo scopo di predire al meglio i valori di temperatura delle sonde termiche: l'introduzione e calibrazione di un modello di ebollizione, l'analisi e successiva modifica delle condizioni al contorno ricavate da simulazioni 1D, il confronto con simulazioni 3D di combustione effettuate su altri motori a gas naturale compresso dell'azienda. I risultati ricavati dall'attività sono la base per il successivo sviluppo e miglioramento della metodologia, il cui scopo ultimo è quello di essere il più affidabile e ripetibile possibile, in modo da poterla applicare ad altri motori.