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Título: Análise de um motor à combustão interna : simulação numérica do ciclo Otto
Autor(es): Souza, João Paulo Szerwinski Teixeira de
Orientador(es): Cunha, Fábio Alfaia da
Assunto: Métodos de simulação
Motores de combustão interna
Data de apresentação: 2016
Data de publicação: 11-Out-2016
Referência: SOUZA, João Paulo S. Teixeira de. Análise de um motor à combustão interna: simulação numérica do ciclo Otto. 2016. 74 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Automotiva)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: O comportamento de um motor de combustão interna é um problema físico que pode ser analisado utilizando métodos analíticos, numéricos e experimentais. A simulação do comportamento de um motor à combustão interna pode fornecer informações que contribuam para a otimização do seu funcionamento. O presente trabalho tem como objetivo estudar motores de combustão interna utilizando simulação numérica por meio do software MatLab e propor um modelo computacional, a partir do modelo analítico, capaz de envolver as incógnitas que influenciam na eficiência de um motor: lei da liberação de calor (Wiebe); efeitos da transferência de calor por convecção para as paredes do cilindro; antecipação da abertura de válvulas (admissão e escape); influência da perda por bombeamento (carga parcial); e variação do ângulo de início da combustão. A simulação numérica considerou a modelagem geométrica do motor, o calculo das propriedades termodinâmicas da mistura ar-combustível e o calculo iterativo da temperatura e pressão utilizando o método de Euler para resolução do problema de valor inicial. Os resultados obtidos são apresentados graficamente e brevemente discutidos, validados a cada procedimento numérico realizado. Com método da diferenciação numérica apresentando erros inferiores a 0,2%, infere-se que o incremento utilizado para realizar as iterações do método de Euler é adequado para uma resolução coerente do problema. Com os resultados obtidos foi possível analisar quatro parâmetros importantes para o estudo de motores à combustão interna. Também foi possível analisar, matematicamente, o quanto que cada parâmetro influência no rendimento do motor. A eficiência de 36,6% alcançada ao final do estudo está acima da eficiência real dos motores, considerando que as eficiências estão entre 26% a 30% para motores automotivos à gasolina. O algoritmo desenvolvido pode ser utilizado como ferramenta didática para auxílios dos professores e alunos no âmbito de arquitetura de motores e áreas afins, e permite o aprofundamento no estudo paramétrico com a representação matemática de outros fatores que influenciam na eficiência do motor.
Abstract: The behavior of an internal combustion engine is a physical problem can be analyzed using analytical, experimental and numerical methods. The simulation of the behavior of an internal combustion engine can provide information to assist in the optimization of its operation. This work aims to study internal combustion engines using numerical simulation using MatLab software and propose a computational model, from the analytical model, capable of involving the unknowns that go into an engine efficiency: law of heat release ( Wiebe); effects of convective heat transfer to the cylinder walls; anticipation of opening valves (intake and exhaust); influence of pumping loss (partial load); and the start angle variation of combustion. The numerical simulation considered the geometric modeling engine, the calculation of the thermodynamic properties of air-fuel mixture and the iterative calculation of temperature and pressure using the Euler method to solve the initial value problem. The results are presented graphically and briefly discussed, validated by each numerical procedure performed. With the method of numerical differentiation presenting less errors than 0.2%, it is inferred that the increment used to perform iterations of the Euler method is suitable for a coherent resolution of the problem. With the results we analyze four important parameters for the study of internal combustion engines. It was also possible to analyze mathematically how each parameter influence on engine performance. The efficiency reached 36.6% at the end of study is above the actual efficiency of the motors, considering that the efficiencies are between 26% to 30% for automotive gasoline engines. The developed algorithm can be used as a teaching tool to aid teachers and students in the engine architecture framework and related areas, and allows deepening the parametric study of the mathematical representation of other factors that influence engine efficiency.
Informações adicionais: Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Automotiva, 2016.
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