COMPUTATIONAL DOMAIN DISCRETIZATION AND ITS IMPACT ON FLOW FIELD AROUND THE SPARK PLUG IN SI ENGINE

Podobne dokumenty
Numerical analysis of spark plugs number influence on selected parameters of combustion in piston engine

ANALIZA NUMERYCZNA OBIEGU CIEPLNEGO WIELOŚWIECOWEGO SILNIKA ZI

XXIII Konferencja Naukowa POJAZDY SZYNOWE 2018

Thermal cycle of SI engine modeling with initial swirl proces into consideration

Biogas buses of Scania

PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Długosza w Czstochowie Technika, Informatyka, Inynieria Bezpieczestwa NUMERICAL MODELLING IN SAFETY ENGINEERING

SPIS TREŚCI SPIS WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ WSTĘP KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA SEKTORA ENERGETYCZNEGO W POLSCE... 14

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

DUAL SIMILARITY OF VOLTAGE TO CURRENT AND CURRENT TO VOLTAGE TRANSFER FUNCTION OF HYBRID ACTIVE TWO- PORTS WITH CONVERSION

MODELOWANIE OBIEGU CIEPLNEGO TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

NIESTACJONARNY PRZEPŁYW CIEPŁA W TŁOKU DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

SAMOCZYNNYM ZASILANYM PALIWEM BIOETANOLOWYM


Numerical modelling of combustion in SI engine fuelled with methane

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

Analysis of impact of EGR valve construction on the exhaust gas flow parameters in the engine

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

ANALYSIS OF AIR FLOW INTO CARBURETTOR THROAT OF MOTOR-BICYCLE ENGINE ANALIZA PRZEPŁYWU POWIETRZA PRZEZ GAŹNIK MOTOROWERU

MODEL SPALANIA WODORU Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMU AVL FIRE

Cracow University of Economics Poland. Overview. Sources of Real GDP per Capita Growth: Polish Regional-Macroeconomic Dimensions

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

THE INFLUENCE OF THE ENGINE LOAD ON VALUE AND TEMPERATURE DISTRIBUTION IN THE VALVE SEATS OF TURBO DIESEL ENGINE

Knovel Math: Jakość produktu

Weronika Mysliwiec, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

MODEL KIVA-3V JEDNO- I DWUSTOPNIOWEGO SYSTEMU SPALANIA W TŁOKOWYM SILNIKU ZI

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

DOI: / /32/37

Installation of EuroCert software for qualified electronic signature

Microsystems in Medical Applications Liquid Flow Sensors

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

Latent Dirichlet Allocation Models and their Evaluation IT for Practice 2016

Budowa optymalnej siatki obliczeniowej do modelu CFD procesu spalania w silniku gwiazdowym

SELECTION OF LUBRICATING OIL AIMED AT REDUCTION OF IC ENGINE FRICTION LOSSES

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż. Piotr Smurawski

Hard-Margin Support Vector Machines

Ocena potrzeb pacjentów z zaburzeniami psychicznymi

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

Field of study: Computer Science Study level: First-cycle studies Form and type of study: Full-time studies. Auditorium classes.

An analysis of EGR impact on combustion process in the SI test engine

WENTYLATORY PROMIENIOWE SINGLE-INLET DRUM BĘBNOWE JEDNOSTRUMIENIOWE CENTRIFUGAL FAN

QUANTITATIVE AND QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF FINGERPRINT BIOMETRIC TEMPLATES

Pomoc do programu konfiguracyjnego RFID-CS27-Reader User Guide of setup software RFID-CS27-Reader

Domy inaczej pomyślane A different type of housing CEZARY SANKOWSKI

OSI Physical Layer. Network Fundamentals Chapter 8. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

Typ VFR. Circular flow adjustment dampers for the adjustment of volume flow rates and pressures in supply air and extract air systems

OPTYMALIZACJA PUBLICZNEGO TRANSPORTU ZBIOROWEGO W GMINIE ŚRODA WIELKOPOLSKA

OSI Network Layer. Network Fundamentals Chapter 5. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

Metodyki projektowania i modelowania systemów Cyganek & Kasperek & Rajda 2013 Katedra Elektroniki AGH

OPRACOWANIE MODELU UKŁADU WYMIANY ŁADUNKU SILNIKA SUBARU EJ25 Z ZASTOSOWANIEM METODY INŻYNIERII ODWROTNEJ (REVERSE ENGINEERING)

General Certificate of Education Ordinary Level ADDITIONAL MATHEMATICS 4037/12

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

OSI Data Link Layer. Network Fundamentals Chapter 7. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

Few-fermion thermometry

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Anonymous Authentication Using Electronic Identity Documents

archivist: Managing Data Analysis Results

Instrukcja obsługi User s manual

Typ VFR. Circular flow adjustment dampers for the adjustment of volume flow rates and pressures in supply air and extract air systems

Gdański Uniwersytet Medyczny Wydział Nauk o Zdrowiu z Oddziałem Pielęgniarstwa i Instytutem Medycyny Morskiej i Tropikalnej. Beata Wieczorek-Wójcik

PRACA DYPLOMOWA Magisterska

Warsztaty Ocena wiarygodności badania z randomizacją

SYMULACJA NUMERYCZNA PROCESÓW SPALANIA W POJEDYNCZEJ KOMORZE SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ETAP I. PRZYGOTOWANIE OBLICZEŃ

Edukacja matematyczna w przedszkolu

y = The Chain Rule Show all work. No calculator unless otherwise stated. If asked to Explain your answer, write in complete sentences.

MODELOWANIE NUMERYCZNE POLA PRZEPŁYWU WOKÓŁ BUDYNKÓW

Ekonomiczne i społeczno-demograficzne czynniki zgonów osób w wieku produkcyjnym w Polsce w latach

A NEW MEASUREMENT METHOD OF FRICTION FORCES REGARDING SLIDE JOURNAL BEARINGS BY ACOUSTIC EMISSION

PERSPEKTYWY ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU TRANSPORTU DROGOWEGO W POLSCE DO 2030 ROKU

Cracow University of Economics Poland

WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRZEPŁYWU CIECZY W PŁASZCZU CHŁODZĄCYM ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

Katowice, plan miasta: Skala 1: = City map = Stadtplan (Polish Edition)

Mgr Paweł Musiał. Promotor Prof. dr hab. n. med. Hanna Misiołek Promotor pomocniczy Dr n. med. Marek Tombarkiewicz

KONCEPCJA WERYFIKACJI DOŚWIADCZALNEJ ZAMODELOWANYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW KOMORY SPALANIA DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

BIOPHYSICS. Politechnika Łódzka, ul. Żeromskiego 116, Łódź, tel. (042)

Realizacja systemów wbudowanych (embeded systems) w strukturach PSoC (Programmable System on Chip)

Volume Issue 3 DOI: /amm The influence of burner locations in the heating furnace on the charge temperature field

Wykaz linii kolejowych, które są wyposażone w urządzenia systemu ETCS

Wykaz linii kolejowych, które są wyposażone w urzadzenia systemu ETCS

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

Sargent Opens Sonairte Farmers' Market

DM-ML, DM-FL. Auxiliary Equipment and Accessories. Damper Drives. Dimensions. Descritpion

deep learning for NLP (5 lectures)

INŻYNIERIA ROLNICZA AGRICULTURAL ENGINEERING

OpenPoland.net API Documentation

IMPACT OF VEHICLE INTERIOR GEOMETRY ON CHOSEN VOLATILE CARCINOGENS CONCENTRATION DISTRIBUTION IN VEHICLE CABIN

Emilka szuka swojej gwiazdy / Emily Climbs (Emily, #2)

Recent Developments in Poland: Higher Education Reform Qualifications Frameworks Environmental Studies

Transkrypt:

TEKA Kom. Mot. i Energ. Roln. OL PAN, 2011, 11c, 300 305 COMPUTATIONAL DOMAIN DISCRETIZATION AND ITS IMPACT ON FLOW FIELD AROUND THE SPARK PLUG IN SI ENGINE Marcin Sosnowski Institute of Technical Education, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Jan Dlugosz University in Czestochowa, Aleja Armii Krajowej 13/15, 42-218 Czestochowa m.sosnowski@ajd.czest.pl Summary. The discretization of computational domain is a crucial factor influencing the conformity of numerical and experimental research results. The paper presents the comparison of results obtained for the same numerical setup but with different mesh types: hexahedral, tetrahedral and polyhedral mesh. The computational domain was the sector of constant volume combustion chamber with a spark plug. The results presented in the form of velocity and Y + contour plots prove that the applied mesh type significantly influences the results and therefore the conformity of numerical and experimental research results. Key words: spark ignition engine, numerical modelling, mesh type, computational domain discretization, computational fluid dynamics. INTRODUCTION The flow field around spark plug impacts the spark discharge in spark ignited (SI) engines [1]. Ignition resulting from spark discharge between spark plug electrodes is a crucial factor which strongly influences the combustion process [2, 3]. As a consequence the flow field around the spark plug significantly affects engine work repeatability and toxic components concentration in exhaust gases [4, 9]. That is why proper modelling of flow field in the vicinity of spark plug is extremely important because it significantly influences results of SI engine work cycle numerical modelling and conformity of numerical and experimental research results [5, 6, 7]. Very often the numerical solution is mesh-dependent, which allows to claim that the discretization of computational domain seems to be one of the key factor, which affects the simulation results. Three mesh types were used to prove the above mentioned thesis. These types are (Fig. 1): hexahedral mesh, tetrahedral mesh, polyhedral mesh. The hexahedral (HEX) mesh is considered as the most reliable one because its numerical diffusivity is the lowest of all the mesh types describes in the paper. The disadvantage of HEX mesh

COMPUTATIONAL DOMAIN DISCRETIZATION AND ITS IMPACT 301 is the fact, that it is difficult to generate such mesh in case of complicated geometry. On the other hand, tetrahedral (TET) mesh is the most diffusive one but it is relatively easy to generate it even in case of complicated geometry. The polyhedral (POLY) mesh seem to combine the advantages of both HEX and TET mesh as its numerical diffusivity is comparable to HEX mesh and it is as easy to be generated as the TET mesh. F ig. 1. Mesh types and its basic characteristics THE COMPUTATIONAL DOMAIN AND BOUNDARY CONDITIONS The computational domain is a sector of constant volume combustion chamber with a spark plug depicted in Fig. 2. HEX (Fig. 3) and TET (Fig. 4) meshes were generated for the same geometry and the seed setting were identical in each case. The POLY (Fig. 5) mesh was generated automatically on the basis of TET mesh using FLUENT software. Fig. 2. The computational domain: constant volume combustion chamber with spark plug Fig. 3. The computational domain discretization with the use of HEX mesh

302 Marcin Sosnowski Fig. 4. The computational domain discretization with the use of TET mesh Fig. 5. The computational domain discretization with the use of POLY mesh The number of elements in case of each mesh type is shown in Fig. 6. Number of HEX elements was almost 11 times lower comparing to TET mesh regardless the fact that the seed settings were the same for each mesh type. Converting TET mesh to POLY reduced the number of elements almost 6 times. Fig. 6. The number of elements in case of each mesh type The value of resultant air-fuel mixture flow velocity measured with the use of anemometer located in place of spark plug in S320 engine at the piston position corresponding to ignition moment measured in [8] was determined to be at the level of 8 m/s. Therefore constant and uniform flow field of above mentioned velocity value and direction parallel with the X axis was declared as boundary condition at the borders of computational domain coplanar to YZ plane (Fig. 7).

COMPUTATIONAL DOMAIN DISCRETIZATION AND ITS IMPACT 303 Fig. 7. B oundary condition setup MODELLING RESULTS The numerical modelling results are presented as velocity contour plots in the XZ plane (Fig. 8) and Y + on the surfaces representing the engine head and the spark plug (Fig. 9) obtained for all three mesh types analyzed in the paper. The Y + is a non-dimensional wall distance from the wall to the first mesh point and can be defined as follows: Y + = UY v *, where: U * - friction velocity at the nearest wall, Y - distance to the nearest wall, - local kinematic viscosity of the fluid. Fig. 8. Vel ocity contour plots in XZ plane for each of the analyzed mesh types

304 Marcin Sosnowski Fig. 9. Y + c ontour plots for each of the analyzed mesh types CONCLUSIONS The numerical modelling results presented as velocity contour plots for each of the analyzed mesh types reveal that the velocity distribution in the XZ plane obtained with the use of POLY mesh is more consistent with the HEX mesh than the results obtained for the TET mesh. However differences in the volume between spark plug electrodes are significant even for HEX and POLY mesh. In case of Y + (similarly as for the velocity), acquired results reveal that the distribution obtained with the use of POLY mesh is more consistent with the HEX mesh than the results obtained for the TET mesh. The differences are caused by the local velocity values and the height of the first mesh layer from the wall, which are used to calculated the Y +. The results prove that the computational domain discretization significantly influence the numerical modelling results. That is why the mesh type should be wisely chosen for the specific cases and the proper seed size must be declared. Another issue, which has to be further examined, is the boundary layer. The proper values of Y + depend on the kind of solver settings (wall-function or wall-integration) as well as the seed size near the wall. Therefore, the seed size should be chosen separately for each of the analyzed mesh types in order to obtain mesh-independent solution and then the solutions for HEX, TET and POLY mesh should be compared. REFERENCES 1. Franke A.: D iagnostics of electrical phenomena in gases for the monitoring of spark-ignited combustion, Lund Institute of Technology, Lund University, 2000.

COMPUTATIONAL DOMAIN DISCRETIZATION AND ITS IMPACT 305 2. Herweg R., M aly R.R.: A fundamental model for flame kernel formation in SI engines, SAE Paper 922243, 1992. 3. Jamrozik Ark adiusz, Kociszewski Arkadiusz, Sosnowski Marcin, Tutak Wojciech; Simulation of combustion in SI engine with prechamber; XIV UKRAINIAN POLISH CONFERENCE CAD in Machinery Design Implementation and Educational Problems ; Polyana; 2006. 4. Kociszewski Arkadiusz, Jamrozik Arkadiusz, Sosnowski Marcin, Tutak Wojciech: Computational analysis and experimental research into lean mixtures combustion in multi-spark plug SI engine; EUROPEAN KONES 2006, 32nd International Scientific Congress on Powertrain and Transport Means; Warsaw, Lublin, Naleczow; 2006. 5. Sosnowski Ma rcin: Ignition model and its impact on flame kernel formation in SI engine; Edukacja Techniczna i Informatyczna, 2009. 6. Sosnowski Ma rcin: Modelowanie i analiza przebiegu wyładowania iskrowego w silniku z zapłonem wymuszonym; Prace Instytutu Lotnictwa, Warszawa, 2009. 7. Sosnowski Marc in: Rejestracja optyczna wyładowania iskrowego przy różnych parametrach przepływowych medium gazowego pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej; Edukacja Techniczna i Informatyczna, 2009. 8. Tutak W.: Modelowanie zawirowania świeżego ładunku w komorze spalania tłokowego silnika spalinowego, Praca doktorska, 2002. 9. Tutak Wojciech, Jamrozik Arkadiusz, Kociszewski Arkadiusz, Sosnowski Marcin: The experimental research of the three-dimensional turbulence field in combustion chamber of internal combustion engine; EUROPEAN KONES 2006, 32nd International Scientific Congress on Powertrain and Transport Means; Warsaw, Lublin, Naleczow; 2006. DYSKRETYZACJA DOMENY OBLICZENIOWEJ I JEJ WPŁYW NA POLE PRZE- PŁYWU WOKÓŁ ŚWIECY ZAPŁONOWEJ W SILNIKU NISKOPRĘŻNYM Streszczenie. Dyskretyzacja domeny obliczeniowej jest kluczowym czynnikiem wpływającym na zgodność wyników badań numerycznych i eksperymentalnych. W pracy przedstawiono porównanie wyników uzyskanych dla tych samych ustawień numerycznych, ale dla różnych rodzajów siatki: siatka sześciokątna, czworościenna i wielościenna. Obliczeniowa domena obejmowała sektor stałej objętości komory spalania ze świecą zapłonową. Wyniki przedstawione w postaci prędkości i obrysów Y + dowodzą, że zastosowany typ siatki znacząco wpływa na wyniki, a zatem również na zgodność wyników badań numerycznych i eksperymentalnych. Słowa kluczowe: silnik niskoprężny, modelowanie numeryczne, typ siatki, dyskretyzacja domeny obliczeniowej, obliczeniowa dynamika płynów.