La ventilation naturelle est une stratégie passive qui permet l'échange naturel d'air entre le bâtiment et l'environnement extérieur. Elle assure une bonne qualité de l'air intérieur, améliore le confort thermique et elle réduit les besoins énergétiques, les émissions de gaz à effet de serre et les symptômes liés au syndrome du bâtiment malsain. Bien que les avantages et les bénéfices de la ventilation naturelle soient multiples, son usage est rare dans l'architecture contemporaine. Bien sûr, il existe des limites à sa mise en œuvre dans certains bâtiments, comme la mauvaise qualité de l'air extérieur, mais ces problèmes ne justifient pas une utilisation si peu répandue. La cause de sa faible diffusion est principalement liée à la difficulté de la conception plutôt que aux facteurs physiques liés à l'environnement. La thèse vise à fournir différents outils pour comprendre la dynamique des fluides dans les bâtiments et développer des techniques et des méthodes pour aider la conception des bâtiments ventilés naturellement. L'approche adoptée dans la thèse est modélisée selon les besoins du concepteur qui peut choisir d'utiliser différents types de supports tels que: utiliser des outils graphiques ou des modélisations numériques, s'inspirer de l'architecture contemporaine et répéter les solutions technologiques existantes, utiliser des outils de modélisation physique, s'inspirer du passé ou du monde naturel. Ici plusieurs aspects de la ventilation naturelle sont traités en apportant à chacun une contribution innovante afin de créer des outils d'aide pour différents phases de la conception : Les objectifs de la thèse sont de créer des outils innovants qui simplifient la conception à des niveaux différents. Nous avons créé donc, des outils et des modèles graphiques simplifiés pour choisir la forme du bâtiment et son orientation, des lignes directrices pour le dimensionnement des dispositifs de ventilation (cheminées de toit), des méthodes expérimentales simplifiées associées à des codes de lecture des écoulements d'air. Nous avons également élargit le panorama culturel et historiques et nous avons créé des indications morphologiques dérivant de l'analyse de l'architecture biomimétique. Grâce à une analyse CFD paramétrique, des outils graphiques sont générés pour évaluer, de manière comparative, les performances de ventilation d'une famille morphologique de bâtiments et choisir la forme du bâtiment, son orientation et la position des ouvertures. Nous créons des lignes directrices pour la conception et le pré-dimensionnement des dispositifs de ventilation. Les règles sont déterminées par une analyse comparative de neuf projets de bâtiments contemporains ventilés naturellement dans lesquels le dispositif de ventilation est présent. Une soufflerie est conçue et réalisée pour simplifier les visualisations des écoulements d'air autour des modèles de bâtiments et nous proposons une méthode pour réaliser des expérimentations de support à la conception. Le système de refroidissement géothermique d'une ancienne villa à Costozza (Vicence, Italie) est étudié. Cette section élargit la connaissance du patrimoine architectural italien et souligne l'importance de redécouvrir des solutions technologiques bioclimatiques existantes, toujours en fonction. On analyse une structure animale: le nid d'un insecte. Il s'agit d'un archétype bioclimatique qu'il peut être utilisé dans l'architecture en tant que technologie biomimétique / Natural ventilation is a passive ventilation strategy of confined spaces that consists of natural air exchange between the building and the outdoor environment. Natural ventilation ensures a good indoor air quality, it improves the thermal comfort and it reduces the greenhouses gases emission, the energy demand and the symptoms associated with the Sick Building Syndrome. Although the advantages and benefits of natural ventilation are multiple, its application is rare to contemporary architecture. By the way, there are some limits to its implementation, such as the bad quality of outdoor air, but that does not justify a so limited design of naturally ventilated buildings. The cause of its rare diffusion is primarily the difficulty of design rather than the factors related to the environment. The thesis intends to provide multiple tools for understanding the fluid dynamics in buildings and to develop techniques and methods to support the design of naturally ventilated buildings. The approach adopted in the thesis is modeled according to the needs of the designer. In fact, a designer can choose to use different types of support tools such as: use of graphic tools or numerical models, inspiration to contemporary architecture to provide the existing technology solutions, use of physical modeling tools, inspiration to the past or to the nature. Often, the design is a global process and does not need a single tool but the designer uses more than one. Here, several aspects of natural ventilation are dealt with, trying to make an innovative contribution to each of these themes, in particular : Through a parametric CFD analysis, graphical tools are generated to evaluate, adopting a comparative approach, the ventilative performance of a morphological family of buildings and to choose the shape of the building, its orientation and the position of the openings. Guidelines are set for the design and pre-dimensioning of ventilation devices. The rules are determined by a comparative analysis of nine contemporary ventilation projects in which the ventilation device is present. An optimized wind tunnel is created to simplify airflow visualizations around building models. We provide also a method to make simplified experimentations, an aiding-design tool, and a code that allows to understand the views with the smoke. We study the geothermal cooling system of an ancient villa in Costozza (Vicenza, Italy). This section extends the knowledge of the Italian architectural heritage and highlights the importance of rediscovering existing bioclimatic technology solutions, still in operation. An animal structure is analysed: the bug of an insect. This is a bioclimatic archetype and therefore it can be applied to architecture as a biomimetic technology

Skytte med eldhandvapen skapar buller, utsläpp av farliga ämnen och risk för att avlossade projektiler missar sina mål och istället hamnar utanför skjutbanan. Att förlägga skjutbanor inomhus löser vissa av dessa problem. Samtidigt kan risken för att utsättas för farliga ämnen öka för dem som brukar skjutbanan. En nyckelfaktor för att omhänderta dessa farliga ämnen och därmed skapa en god arbetsmiljö på inomhusskjutbanan är att ventilationen fungerar på rätt sätt. Syftet med detta arbete är främst att utvärdera hur ventilationen på inomhusskjutbanor bör utformas för att ventilera bort de hälsofarliga ämnen som uppstår. Arbetet har särskilt fokuserat på blyföroreningar men resultatet är generaliserbart även för många andra föroreningar som är aktuella. Arbetet är en del av Fortifikationsverkets pågående projekt om framtidens inomhusskjutbanor. Gränssättande för ventilationen är att arbetsmiljön på en inomhusskjutbana måste uppfylla relevanta arbetsmiljökrav. Utöver frågan om ventilation belyses även andra aspekter som är av vikt för att säkra en god arbetsmiljö. Arbetet har baserats på en forskningsöversikt där material från 1975 och fram till idag har studerats. Sökningarna har skett både strukturerat och riktat. Den strukturerade sökningen har skett i Web of Science och Scopus. Arbetet har identifierat de normer som används internationellt och som också har legat till grund för många av de skjutbanor som uppförts i Sverige. Vidare har arbetet identifierat den ursprungliga rapport som merparten av den tillgängliga litteraturen baserats på. I denna ursprungliga rapport har vi även identifierat viktiga frågetecken angående vilka grundförutsättningar som denna rapport baserats på. Resultatet av forskningsöversikten är att skjutbanor bör projekteras med laminärt flöde (“kolvströmning”) från skyttarna och mot kulfånget. Ventilationen bör projekteras med ett flöde på mellan 0,25 och 0,4 m/s. Ett bra verktyg under projekteringen är CFD-simuleringar. Med dessa kan olika tekniska lösningar utvärderas och för befintliga skjutbanor kan även orsak till eventuella problem undersökas. CFD-simuleringsresultaten bör i görligaste mån verifieras mot uppmätta värden. Vidare är både städning och personlig hygien viktiga faktorer för att arbetsmiljön på en inomhusskjutbana skall vara god. Ytskikt som är lätta att städa skall väljas och förutsättningar för att hantera både tvätt av arbetskläder och personlig hygien skall finnas. Dessa resultat knyts ihop under diskussionskapitlet där två grundläggande scenarier formuleras, ett för en nybyggnation och ett för en ombyggnad av en befintlig inomhusskjutbana. / The use of firearms creates noise pollution, release of toxic elements and a risk that the projectiles miss the targets and end up outside of the firing range. One of the solutions to these issues is to erect walls and a roof around the range, and thus create an indoor firing range. This might however increase the range users’ exposure to toxic elements related to the discharge of firearms. To mitigate this the indoor firing range needs a properly designed and well-functioning ventilation system. The purpose of this study is to evaluate how ventilation systems for indoor firing ranges should be designed in order to remove the toxic elements released when shooting. The study is primarily focused on lead pollution, but the results can also be generalised for a multitude of other relevant pollutants. The study is part of the Swedish Fortifications Agency (Fortifikationsverket) project regarding the design of future indoor firing ranges. The design parameters for ventilation systems at indoor firing ranges are regulated by the occupational safety and health regulations. In the final part of the study the authors also address other important aspects to create a safe working environment at indoor firing ranges. This study is conducted as a research review where literature from 1975 up until today has been studied. Search terms based on permutations of “shooting”, “firing”, “range”, “ventilation” and “firearm” have been used in the Web of Science and Scopus databases. The resulting list, after being culled for duplicates and “false positives”, contained approximately 70 articles. Reviewing these articles let us identify the design parameters used both internationally and nationally in Sweden. We also identified the original report that most of the internationally available literature is based upon. In this Bachelor of Science thesis, we also raise some questions related to the original report and the prerequisites it was based upon. The result of the research survey is that the ventilation for indoor firing ranges should be designed for laminar flow (piston flow) in the direction from the shooters towards the bullet trap. The air flow should be between 0,25 and 0,4 m/s (50 to 75 feet per minute). A good tool when designing the range ventilation is CFD simulations. CFD simulations allow for early phase evaluation of different design solutions. Similar simulations can also be used when problem solving problems on already existing ranges, if any. Furthermore, both cleaning and personal hygiene are crucial components to achieve a safe working environment at indoor firing ranges. To facilitate cleaning the range should have surface materials that are non-porous and easy to clean. Washing facilities for work clothes and personal hygiene should be present. These results are addressed as part of the discussion chapter in the Bachelor of Science thesis where two basic scenarios are formulated, one for building a new indoor firing range, and one for redesigning an existing indoor firing range.

This master’s thesis is focuses on flow theory and optimizing current state of air distribution in theater hall by CFD simulations. A part of this thesis is project solution of one variant.

The diploma thesis deals with CFD simulating the air flow inside the car using the numerical calculation program Star-CCM+. The aim of the thesis was to prepare 3D geometry, resp. realistic model of the real car, preparing boundary conditions including material properties, simulating the steady state of the environment and evaluating the speed and temperature of the car cabin. The paper presents the results of the temperature distribution and air velocities in the cabin during the winter, spring and summer conditions in HVAC on and HVAC off modes. The monitored air temperatures and surface temperatures of the car parts are compared with the measured data. The average difference between simulation and measurement was at air temperatures of 2.3 °C and surface temperatures of 3.4 °C.

[ES] El creciente uso de la recirculación de gases de escape durante los últimos años debido a su impacto en la reducción de las emisiones NOx y a la alta demanda de soluciones por parte de los nuevos ciclos de homologación para reducir emisiones, ha provocado la necesidad de estudiar en profundidad el sistema de recirculación de gases de escape para su uso de forma continua y con independencia de las condiciones ambientales. Debido a esta necesidad y sabiendo que el principal problema de su uso en el ciclo de baja presión es la condensación generada que provoca el desgaste del rodete del compresor. Ha hecho necesaria la investigación en profundidad de esta técnica para conocer, entender y predecir la condensación durante el uso de la recirculación de gases de escape de baja presión. Este trabajo se ha centrado en generar, mejorar y validar los modelos de predicción de condensados, así como de desarrollar técnicas experimentales que validaran y sirivieran para entender mejor el fenómeno de la condensación, con la visión puesta en calcular la condensación en ciclos completos de homologación. Respecto al trabajo experimental de esta tesis, se han centrado los esfuerzos en medir la condensación generada en el intercambiador de calor de la línea de recirculación de gases de escape de baja presión para diferentes condiciones, simulando un arranque en frío de motor. Otro de los puntos que se ha estudiado, ha sido la condensación a la salida de la unión en la que se mezcla la recirculación de gases de escape de baja presión con el aire del ambiente proveniente de la entrada del motor. Desarrollando nuevas metodologías para la medida experimental mediante técnicas ópticas y medidas indirectas de la condensación por mezcla. En cuanto al trabajo de modelado de la condensación, se ha investigado sobre dos grandes líneas. La primera ha sido el desarrollo de modelos 0D para el cálculo de la condensación en el intercambiado de calor de la línea de recirculación de gases de escape y la verificación experimental del modelo de condensación 3D-CFD desarrollado previamente a esta tesis. El segundo punto ha consistido en el desarrollo y aproximación de nuevas metodologías mediante métodos estadísticos de la reducción de la complejidad en el cálculo de la condensación, reduciendo el número de dimensiones necesarias para calcular de forma realista la condensación en un tiempo reducido. Esto ha posibilitado el cálculo de la condensación producida en ciclos de homologación y su posterior estudio mediante análisis de sensibilidad a diferentes condiciones, estimando una duración del rodete del compresor antes de sufrir desgaste debido a la erosión con el agua. / [CA] El creixent ús de la recirculació de gasos d'escapament durant els últims anys a causa del seu impacte en la reducció de les emissions NOx i a l'alta demanda de solucions per part dels nous cicles d'homologació per a reduir emissions, ha provocat la necessitat d'estudiar en profunditat el sistema per al seu ús de manera contínua i amb independència de les condicions ambientals. A causa d'aquesta necessitat i sabent que el principal problema del seu ús és la condensació generada que provoca el desgast del rodet del compressor, ha fet necessària la seua investigació en profunditat per conéixer, entendre i predir la condensació per l'ús de la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió. Aquest treball s'ha centrat en generar i millorar els models de predicció de condensats així com de desenvolupar tècniques experimentals que validaren i serviren per entendre millor el fenomen de la condensació, amb l'objectiu d'estimar la condensació en cicles complets d'homologació. Respecte al treball experimental d'aquesta tesi, s'han centrat els esforços a mesurar la condensació generada a l'intercanviador de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió per a diferents condicions simulant una arrancada en fred de motor. Un altre dels punts que s'ha estudiat ha sigut la condensació a l'eixida de la unió en la qual es mescla la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió amb l'aire fresc que prové de l'entrada del motor, desenvolupant noves metodologies per a la mesura experimental mitjançant tècniques òptiques i mesures indirectes de la condensació per mescla. Quant al treball de modelatge de la condensació, s'ha investigat sobre dues grans línies. La primera ha sigut el desenvolupament de models 0D per al càlcul de la condensació a l'intercanviat de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament i la verificació experimental del model de condensació 3D-CFD desenvolupat prèviament a aquesta tesi. El segon punt ha consistit en el desenvolupament i aproximació de noves metodologies mitjançant mètodes estadístics de la reducció de la complexitat en el càlcul de la condensació, reduint les dimensions necessàries per a calcular de manera realista la condensació en un temps reduït. Això ha possibilitat el càlcul de la condensació produïda en cicles d'homologació i el seu posterior estudi mitjançant anàlisi de sensibilitat a diferents condicions. / [EN] The increasing use of the exhaust gas recirculation during the last years due to the impact reduction on the NOx emissions and the high demand on solutions to fulfill the homologation restrictions has revealed the need of studying deeply the system to operate continuously and independently of the boundary conditions. As a consequence of this and knowing that the main drawback of employing the low pressure exhaust gas recirculation is the condensation generation that causes erosion on the compressor impeller, research is required to understand and to predict the condensation during the exhaust gas recirculation activation. This work has been focused on generating and improving the modelling condensation prediction; and also, the development of experimental techniques that validates the proposed models for calculating the condensation water at cold warm-up homologation cycles. Concerning the experimental work presented on the thesis, the eorts has been focused on the condensation measurements in two dierent locations. On one hand, on the low pressure exhaust gas recirculation cooler, changing inlet conditions while simulating warm-up conditions on an engine. On the other hand, the condensation has been measured at the three-way junction outlet where the exhaust gas recirculation is mixed with fresh air coming from the ambient. Also, novel methodologies has been developed for measuring with optical techniques and with indirect measurements the mixing condensation. In terms of the condensation modeling, this thesis has been based in two main topics. The first topic regarding modeling was a 0D condensation model for calculating the condensation on heat exchangers and in particular, on low pressure exhaust gas recirculation coolers. Following this topic, it has been a quantitative validation of a 3D-CFD condensation submodel by means of experimental measurements. The second topic has been centered on developing new statistical methodologies for reducing the condensation calculation complexity on multi-dimensional simulations and reducing multi-fidelity parameters with the reduction of the computational cost. These methodologies have allowed to calculate the condensation on homologation cycles and to perform sensitivity analysis with different conditions. / The respondent wishes to acknowledge the financial support received through contract FPI-GVA-ACIF-2019 grant of the Government of Generalitat Valenciana and the European Social Fund. The equipment used in this work and the inter- national stay has been partially supported through the following project: • Project grant number GV/2020/008 of the “Conselleria de Innovación, Uni- versidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” • Grant for the international stay number BEFPI-2020 of the “Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” and the European Social Fund / Moya Torres, F. (2022). Experimental analysis and multidimensional modeling of water condensation due to low-pressure exhaust gas recirculation activation during engine cold starts [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187990 / TESIS

Les simulations numériques sont devenues un outil indispensable dans la conception des chambres de coupure des disjoncteurs électriques haute tension. Elles sont utilisées non seulement dans le dimensionnement des différentes pièces, mais elles fournissent également une aide précieuse dans la compréhension des phénomènes intervenant entre les deux électrodes au moment de la coupure. L’arc électrique généré entre ces deux électrodes rassemble de nombreux domaines de la physique plus ou moins complexes. Tous ces phénomènes ne sont pas encore parfaitement compris. Avec l’évolution de la puissance de calcul, ces simulations peuvent prendre en compte de plus en plus de phénomènes. Mais pour des raisons de temps de développement, la question des phénomènes à prendre en compte dans ces simulations se pose. Le but de telles simulations est de déterminer de manière rapide si une configuration est plus ou moins capable qu’une autre de couper sous une contrainte donnée. Ainsi, il est important de prendre en compte uniquement les phénomènes physiques importants et nécessaires pour avoir une réponse la plus décisive possible et la plus rapide possible, de la réussite ou non à la coupure d’une configuration testée. Dans cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés aux déséquilibres thermiques et chimiques qui pourraient intervenir dans les disjoncteurs électriques haute tension au moment de la coupure. En effet, pour des raisons de temps et de coût de calcul, la plupart des simulations numériques actuelles sont réalisées en faisant une hypothèse forte : l’hypothèse d’Equilibre Thermodynamique Local (ETL). Cette hypothèse consiste à considérer que dans chaque maille de notre domaine d’étude et à chaque pas de temps, on a un équilibre thermodynamique réalisé. Faire cette hypothèse nous permet d’utiliser les lois de conservation (masse, quantité de mouvement et énergie) en allégeant le problème. Mais en réalité, cette hypothèse est mise à mal dès que l’on est en présence de forts gradients de température ou de densité. Pour réaliser ces simulations, le code numérique CARBUR a été utilisé. Des modules d’arc électrique (effet Joule et rayonnement) et d’électrode mobile ont été implémentés afin de pouvoir simuler au mieux le comportement du gaz présent dans les disjoncteurs électriques haute tension. Six études différentes ont été réalisées et sont présentées. Ces études portent sur les influences de la forme du bout des électrodes, d’une modélisation en Navier-Stokes par rapport à une modélisation en Euler, de la nature du gaz (SF6, CO2 et N2), du déséquilibre thermique dans le cas de l’azote ou encore du positionnement des termes sources de l’arc électrique dans les différentes équations d’évolution des énergies. Dans ce travail, une étude sur différents modèles cinétiques chimiques est proposée. Dans ces modèles, 5 espèces chimiques sont présentes : N2, N, N+, N2+ et e-. En ce qui concerne la température, on en distingue 4 : T, TVib-N2, TVib-N2+ et Te. / The numerical simulations are become a very important tool to design the high voltage circuit breaker (HVCB) chamber. They help for the understanding of the different phenomena which can take place between the 2 electrodes during an interruption process. The electric arc brings together many fields of physics more or less complex and many of these phenomena are still poorly studied. So many aspects remain to be explored to improve simulations. With the increase of the calculation power, these numerical simulations can take into account more phenomena. However, for reasonable simulation times, we need to know which phenomena are preponderant. The aim of these numerical simulations is to rapidly conclude on the capacity of geometry to success an interruption process compared to different other geometries, under a given stress. In this PhD dissertation, we are particularly interested on thermal and chemical non equilibrium that can occur in HVCB during an interruption process. Currently, most simulations are carried out with a strong hypothesis: the hypothesis of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). This assumption allows us to alleviate the problem and to reduce the computing time. But this assumption becomes not valid when high temperature or density gradients occur. To do these simulations, the CARBUR numerical code has been used. In order to simulate flow behaviors in HVCB, an electrical arc (Joule effect and radiation) model and a module of mobile electrode have been added. Six different studies have been done and are presented: influence of the electrode shape, influence of the Navier-Stokes equations compared to the Euler equations, influence of the gas (SF6, CO2 et N2), influence of the thermal non equilibrium in a nitrogen case, influence of the position of the arc source terms in the different energy equations. In this work, a study on different nitrogen chemical kinetics is proposed. In these models, 5 chemical species are distinguished: N2, N, N+, N2+ and e-. Finally, 4 different temperatures are used: T, TVib-N2, TVib-N2+ and Te.

[EN] In the current work, the characterization of the combustion process inside a stratified pre-chamber spark ignition (PCSI) system is performed. An extensive bibliographical review about the pre-chamber systems developed from the second half of the 20th century until modern times is presented. The review shows that the latest generation systems have the potential to accomplish the emissions limits while providing high performance and low fuel consumption. Nevertheless, many efforts of the scientific community are still needed to allow the large-scale application of the technology. Indeed, based on the outstanding challenges observed, the investigation plan is developed including both experimental and numerical parts. All experiments were performed by means of the rapid compressionexpansion machine (RCEM) in the CMT-Motores Térmicos laboratory. The original cylinder head layout was modified to allow the housing of the prechamber itself, fuel injectors, spark plug, pressure transducers in both chamber, and a thermocouple. The test methodology involved the acquisition of the pressure evolution in both main chamber and pre-chamber, the piston position (used to compute the instantaneous cylinder volume), the duration of the auxiliary injection, and the spark ignition point. These are used as input for the zero-dimensional thermodynamic model which simulates the fundamental parameters aims to characterize the PCSI system working cycle. Therefore, a deeper knowledge of the mass interchanged process, induced turbulence field, heat release rate, combustion speed, and flame regime is generated. Subsequently, to calibrate the zero-dimensional model coefficients under motoring conditions, several 3D CFD simulations were carried out by means of Converge software. Hence, the results of the simulations in terms of interchanged mass and pre-chamber turbulent kinetic energy have been used to calibrate the nozzle discharge coefficient and the turbulence sub-model coefficients for all the pre-chamber geometries. Furthermore, the 3D CFD simulations outputs are analysed to fully understand the flow field structure and the local effect induced by the different nozzles at the spark activation time. The turbulent kinetic energy in terms of intensity and orientation is investigated over several relevant pre-chamber sections. The results reveal a clear relationship between the turbulence developed within the pre-chamber and the orifices structure. Straight orifices or perpendicular jets impact, promote more intense local turbulence due to direct collision while tilted orifices guarantee more homogeneity due to the swirling motion. Additionally, increase the orifice numbers shows benefits on the fluid dynamic homogeneity. Thus, preceding the experimental campaign several fundamental aspects of the system are evaluated. The cycle-to-cycle dispersion is explored by means of the statistical assessment showing low pressure peak deviation. The auxiliary injection pressure and timing are optimized for avoiding wall wetting phenomena while ensuring proper air/fuel mixing. Finally, the spark activation point is chosen as a function of the theoretically maximum turbulent flame speed. Thereby, the experimental campaign is carried out according to tests matrix, in order to evaluate the effect of the equivalence ratio of both chambers, and how the orifices diameter, number, and distribution affect the combustion process. Moreover, chemiluminescence visualization tests, performed by means of the available optical access of the RCEM, are combined with zerodimensional and 3D CFD results to shed light on the work cycle. Conclusions suggest a slightly rich mixture inside the pre-chamber combined with the highest number of tilted orifices as the better configuration for improving combustion efficiency under lean and ultra-lean main chamber mixture conditions. Nevertheless, axial orifices should be considered for further investigations. Finally, the author proposes a series of developments considered interesting in both the experimental and numerical fields. / [ES] En el presente trabajo se realiza la caracterización del proceso de combustión dentro de un sistema de encendido por pre-cámara bajo carga estratificada. Por lo tanto, se presenta una extensa revisión bibliográfica sobre los sistemas de pre-cámara desarrollados desde la segunda mitad del siglo XX hasta los tiempos modernos. El resumen muestra que los sistemas de última generación tienen el potencial de cumplir con los límites de las emisiones, al tiempo que proporcionan un alto rendimiento y un bajo consumo de combustible. No obstante, todavía se necesitan muchos esfuerzos de la comunidad científica para permitir la difusión a gran escala de la tecnología. De hecho, sobre la base de los desafíos abiertos observados, se desarrolla el plan de investigación incluyendo tanto una parte experimental como numérica. Todos los experimentos se realizan mediante la máquina de compresión-expansión rápida (RCEM) de que dispone el laboratorio CMT-Motores Térmicos . La disposición original de la culata se modificó para permitir el alojamiento de la propia pre-cámara, los inyectores , la bujía, los sensores de presión y un termopar. La metodología de ensayo implica la adquisición de la evolución de la presión tanto en cámara principal como en pre-cámara, el volumen del cilindro, la duración de la inyección auxiliar y el punto de ignición de la bujía. Estos se utilizan como parámetros de entrada para el modelo termodinámico cero-dimensional que devuelve los parámetros fundamentales que caracterizan ciclo de trabajo del sistema PCSI. Por lo tanto, se genera un conocimiento más profundo del proceso de intercambio de masas, del campo de turbulencias inducidas, de la tasa de liberación de calor, de la velocidad de combustión y del régimen de la llama. Posteriormente, para calibrar los coeficientes del modelo cero-dimensional bajo condiciones de arrastre, se llevaron a cabo varias simulaciones CFD en 3D mediante el software Converge. Por lo tanto, los resultados de las simulaciones en términos de masa intercambiada y energía cinética turbulenta de la precámara se han utilizado para calibrar el coeficiente de descarga de la tobera y los coeficientes del sub-modelo de turbulencia para todas las geometrías de la pre-cámara. Además, se analizan los resultados de las simulaciones CFD para comprender plenamente la estructura del campo de flujo y el efecto local inducido por las diferentes geometriás en el tiempo de activación de la chispa. La energía cinética turbulenta en términos de intensidad y orientación se investiga en varias secciones relevantes de la pre-cámara. Los resultados revelan una clara relación entre la turbulencia desarrollada dentro de la pre-cámara y la estructura de los orificios. Los orificios rectos o los chorros perpendiculares, promueven una turbulencia local más intensa debido a la colisión directa mientras que los orificios inclinados del campo fluido y del dosado. Precedentemente al desarrollo de la campaña experimental se evalúan varios aspectos fundamentales del sistema. La dispersión ciclo a ciclo se explora por medio de la evaluación estadística que muestra una baja desviación de los picos de presión. La presión y el punto de inyección auxiliar se optimizan para evitar los fenómenos de mojado de las paredes, asegurando al mismo tiempo una mezcla adecuada de aire/combustible. Finalmente, el punto de activación de la chispa se elige en función de la velocidad máxima teórica de la llama turbulenta. De este modo, la campaña experimental se lleva a cabo de acuerdo con la matriz de pruebas, con el fin de evaluar el efecto del dosado equivalente de ambas cámaras, y cómo el diámetro, el número y la distribución de los orificios afectan al proceso de combustión. Además, las pruebas de visualización de quimioluminiscencia, realizadas mediante el acceso óptico disponible de la RCEM, se combinan con resultados de CFD y resultados del modelo cerodimen para arrojar luz sobre el ciclo de trabajo. Las conclusiones sugieren que una mezcla ligeramente rica dentro de la pre-cámaracombinadaconelmayornúmerodeorificiosdesfasadoseslamejor configuración para garantizar un elevada eficiencia de la combustión en condiciones de mezcla pobre y ultra-pobre de la cámara principal. No obstante, los orificios axiales deben ser considerados para investigaciones futuras. Por último, el autor propone una serie de desarrollos considerados interesantes tanto en el campo experimental como en el numérico. / [CA] En el present treball es realitza la caracterització del procés de combustió dins d'un sistema d'encesa de pre-cambra soto càrrega estratifi-cada. Per tant, es presenta una extensa revisió bibliogràfica sobre els sistemes de precambra desenvolupats des de la segona meitat del segle XX fins als temps moderns. El resum mostra que els sistemes d'última generació tenen el potencial de complir amb els límits de les emissions, al mateix temps que proporcionen un alt rendiment i un baix consum de combustible. No obstant això, encara es necessiten molts esforços de la comunitat científica per a permetre la difusió a gran escala de la tecnologia. De fet, sobre la base dels desafiaments oberts observats, es desenvolupa el pla d'investigació incloent tant una part experimental com numèrica. Tots els experiments es realitzen mitjançant la màquina de compressió-expansió ràpida (RCEM) de què disposa el laboratori CMT-Motors Tèrmics. La disposició original de la culata es va modificar per a permetre l'allotjament de la pròpia pre-cambra, els injectors , la bugia, els sensors de pressió i un termoparell. La metodologia d'assaig implica l'adquisició de l'evolució de la pressió tant en cambra principal com en pre-cambra, el volum del cilindre, la duració de la injecció auxiliar i el punt d'ignició de l'espurna. Aquests s'utilitzen com a paràmetres d'entrada per al model termodinàic zero-dimensional que retorna els paràmetres fonamen-tals que caracteritzen cicle de treball del sistema PCSI. Per tant, es genera un coneixement més profund del procés d'intercanvi de masses, del camp de turbulències induïdes, de la taxa d'alliberament de calor, de la velocitat de combustió i del règim de la flama. Posteriorment, per a calibrar els coefi-cients del model zerodimensional sota condicions d'arrossegament, es van dur a terme diverses simulacions CFD en 3D mitjançant el programari Converge. Per tant, els resultats de les simulacions en termes de massa intercanviada i energia cinètica turbulenta de la pre-cambra s'han utilitzat per a calibrar el coeficient de descàrrega de la tovera i els coeficients del sub-model de turbulència per a totes les geometries de la pre-cambra. A més, s'analitzen els resultats de les simulacions CFD per a comprendre plenament l'estructura del camp de flux i l'efecte local induït per les diferents geometries en el temps d'activació de l'espurna. L'energia cinètica turbulenta en termes d'intensitat i orientació s'investiga en diverses seccions rellevants de la pre-cambra. Els resultats revelen una clara relació entre la turbulència desenvolupada dins de la pre-cambra i l'estructura dels orificis. Els orificis rectes o els dolls perpendiculars, promouen una turbulència local més intensa a causa de la col·lisió directa mentre que els orificis inclinats garanteixen una major homogeneïtat a causa de la generació d'un macro-remolì. A més, l'augment del nombre d'orificis mostra beneficis en l'homogeneïtat fluid-dinàmica. Llavors, abans de la campanya experimental s'avaluen diversos aspectes fonamentals del sistema. La dispersió cicle a cicle s'explora per mitjà de l'avaluació estadística que mostra una baixa desviació dels pics de pressió. La pressió i el punt d'injecció auxiliar s'optimitzen per a evitar els fenòmens de mullat de les parets, assegurant al mateix temps una mescla adequada d'aire/combustible. Finalment, el punt d'activació de l'espurna es tria en funció de la velocitat màxima teòrica de la flama turbulenta. D'aquesta manera, la campanya experimental es duu a terme d'acord amb la matriu de proves, amb la finalitat d'avaluar l'efecte del dosatge equivalent de totes dues cambres, i com el diàmetre, el numero i la distribució dels orificis afecten el procés de combustió. A més, les proves de visualització de quimioluminescència, realitzades mitjançant l’accés òptic disponible de la RCEM, es combinen amb resultats de CFD i resultats del model zero-dimensional per a llançar llum sobre el cicle de treball. Les conclusions suggereixen que una mescla lleugerament rica dins de la pre-cambra combinada amb el major nombre d’orificis desfasats és la millor configuració per a garantir un elevada eficiència de la combustió en condicions de mescla pobra i ultra-pobre de la cambra principal. No obstant això, els orificis axials han de ser considerats per a investigacions futures. Finalment, l’autor proposa una sèrie de desenvolupaments considerats interessants tant en el camp experimental com en el numèric. / Pagano, V. (2020). Analysis of a stratified pre-chamber spark ignition system under lean mixture conditions [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/152486 / TESIS