Modellazione CFD della camera di combustione di un motore Wankel e analisi della combustione = CFD modelling of Wankel Combustion chamber and combustion analysis

L’argomento cardine della dissertazione, svolta grazie alla collaborazione con l’azienda Turin Tech, concerne la tecnologia del motore Wankel. Quest’ultimo, nonostante risulti compatto e caratterizzato da un elevato rapporto potenza peso, è stato sviluppato meno dei motori alternativi. La causa può essere ricercata nella loro complessità tecnologica e il tasso elevato di idrocarburi incombusti. Il panorama delle auto ibride può sfruttare questa tipologia grazie alla modalità range extender. L’azienda Turin Tech si propone di applicare questa tecnologia nel progetto ELICSA, autofinanziato e prodotto dal gruppo con lo scopo di acquisire know-how in diversi settori. Il progetto verte sulla trasformazione di un veicolo a trazione termica tradizionale, in dettaglio la FIAT 500L, in elettrico range extender servendosi di un motore Wankel alimentato a metano. Il minor sfruttamento di questa tecnologia negli anni ha generato una minore penetrazione nel mercato di software commerciali specializzati nell’analisi e nelle simulazioni delle condizioni di un motore Wankel. Nella seguente trattazione si analizza la costruzione del modello 2D del motore Aixro XR50 tramite il software Ansys Fluent con la generazione di una mesh dinamica che permette uno studio fluidodinamico transitorio. Il raggiungimento di un corretto funzionamento ha richiesto la scrittura di due codici in linguaggio C. Il primo impone il moto eccentrico del rotore intorno all'albero motore, il secondo rende nullo il moto relativo tra i nodi della mesh presenti sulla cassa statorica e i vertici del rotore e assicura un corretto funzionamento, senza fughe, e la riduzione dei tempi computazionali, i quali si aggirano intorno ad un time step di 10−6. Gli obiettivi del modello sono molteplici: simulare i moti generati dall’aria in una analisi cold flow per ottenere una stima della turbolenza, simulare la combustione di una miscela e i parametri termodinamici raggiunti variando il rapporto di equivalenza, stimare le emissioni di inquinanti in modo tale da adattare un futuro sistema catalitico in funzione del combustibile utilizzato e delle emissioni prodotte in camera. La proposta del modello e delle sue simulazioni va intesa come una base a fronte della costruzione del modello in 3D, servendosi di workstation più potenti e numero di celle della mesh non limitate.