PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation 2017

Aplicação da técnica PIV em um motor de combustão interna com acesso óptico para estudo dos fenômenos Tumble e Swirl.

Author

Thiago Thadeu da Silva Abrantes

Concentration Area

Aerodinâmica, Propulsão e Energia

Defense Date

21/03/2017

Thesis Number

73209

Abstract

Motores de combustão interna ainda são os grandes responsáveis pela mobilidade urbana. Desde sua invenção, diferentes estratégias têm sido utilizadas para que a combustão e a mistura combustível-oxidante ocorram de maneira eficiente. Uma das abordagens inclui o aumento da turbulência no interior do cilindro através da geração de movimentos rotacionais organizados, denominados tumble e swirl. Tais movimentos giram de forma perpendicular e paralela ao eixo do cilindro, respectivamente. O presente trabalho caracteriza esses movimentos em um motor monocilindro, de ciclo Otto e com acesso óptico. Os parâmetros Razão de Tumble (TR) e Razão de Swirl (SR) foram calculados para quantificar, respectivamente, o tumble e o swirl em relação à rotação do motor. A Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV) foi a técnica óptica utilizada para a caracterização. Essa técnica é parcialmente intrusiva, pois introduz partículas ao escoamento para visualizar o movimento do fluido por meio do espalhamento Mie da luz laser. Foram avaliadas diferentes janelas de investigação para ambos os fenômenos em diferentes condições de operação do motor, a saber: posicionamento do pistão, rotação do motor e abertura de borboleta. As posições do pistão adotadas foram em 40º e 100º na admissão e em 260º na compressão (ângulos referenciados pelo virabrequim). As rotações de 900 rpm, 1800 rpm e 2700 rpm foram escolhidas para aberturas de borboleta de 50% e 100%. Percebeu-se que a TR é, geralmente, maior para baixas rotações; e a estrutura do tumble é mais bem definida para a borboleta 50% aberta. Em relação à SR, acredita-se que apresentou valores pequenos pelo fato do motor ser de quatro válvulas; além disso, observou-se que o swirl possui estruturas semelhantes para ambas as aberturas de borboleta, mas não se encontrou uma relação entre a SR e as rotações do motor.

Keywords

Motores de combustão interna Velocimetria por imagem de partículas Combustão Cilindros rotativos Ensaios de rotação Ciclo Otto Engenharia mecânica