The numerical simulation model presented is based on the integration of the fluid conservation equations (continuity, momentum and energy) in the whole compressor domain (compression chamber, valves, manifolds, mufflers, connecting tubes, parallel paths, etc.) using instantaneous local mean values for the different variables. It is interesting to remark how momentum equation has been taken into account in all compressor parts and the possibility to solve parallel paths, resonators, etc. Effective flow areas are evaluated considering multidimensional models based on modal analysis of fluid interaction in the valve. Then, second and third order vibration models of valve are also considered. The possibility to use compound bound has been also implemented.The force balances in the crankshaft connecting rod mechanical system are simultaneously solved at each time-step considered in the thermal and fluid dynamic compressor model. It allows to evaluate the instantaneous compression chamber volume and the different forces in the crankshaft connecting rod mechanical system. Mechanical system forces allows to know important information to predict possibleover-stresses in piston, piston pin, crankshaft, connecting rod, etc.The thermal analysis of the solid elements is based on global energy balances at each macro volume considered (shell, muffler, tubes, cylinder head, crankcase, motor, etc.). Some improvements can be implemented (shell conduction, heat transfer coefficient evaluation, etc.).The resulting governing equations (fluid flow, valve dynamics, conduction heat transfer in solids, etc.) are discretized by means of a fully implicit control volume formulation. The complete set of algebraic equations are coupled using the segregated he complete set of algebraic equations are coupled using the segregated pressure based algorithm Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations(SIMPLEC) extended to compressible flow. Second and third time order schemes have been implemented for the transient terms.An extensive hermetic reciprocating compressor experimental validation has been presented and the experimental know-how acquired has been highlighted. Furthermore, two commercial hermetic reciprocating compressor have been instrumented in detail to obtain the thermal temperatures map and the pressure fluid evolutions along compressor for different working conditions. It is interesting to remark as a novelty, the use of very small absolute pressure transducers, instead of the standard relative transducers. They allow to know instantaneous absolute pressure inside compressor chamber, without the necessity of measurement an absolute pressure outside the compression chamber (as is usual in this kind of experimental works). The global comparative results have allowed to check the possibilities of the numerical simulation presented above and its accuracy compared with experimental data. After that, this work show the capabilities offered by the simulation presented and its final objective, a better understanding of the thermal and fluid dynamic compressor behaviour to improve the design of these equipments.Then, the objective has been to review and present different physically meaningful parameters that characterize the reciprocating compressor behaviour (volumetric efficiency, isentropic efficiency, heat transfer efficiency, mechanical, electrical and heat losses, Coefficient of Performance, etc.), their influence detachment and evolution under different working conditions, with the idea to predict the performance of hermetic reciprocating compressors under different working conditions using the above mentioned non-dimensional parameters.Finally, a parametric study of hermetic reciprocating compressors behaviour has been carried out. Results presented show the influence of different aspects (geometry, valves, motor, working conditions, etc.) in the compressor behaviour. The parametric studies and compressor characterization detachment allows also a better implementation of simplest models of the compressors in the thermal and fluid dynamic numerical simulation of vapour compressor cycles together with the rest of elements.

Un modelo de simulación presenta muchas ventajas en el campo del desarrollo de motores de combustión interna alternativos. Su utilidad es doble. Por un lado, para entender la naturaleza de los fenómenos físicos que suceden en el interior del motor, y por otro, con el fin de optimizar el diseño de los sistemas que integran el mismo. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de un motor de dos tiempos de 125 cc de altas prestaciones para caracterizar la fluidodinámica interna en los sistemas de admisión, cilindro y escape. Para la construcción del modelo unidimensional del motor es imprescindible conocer información experimental. Por tanto, se han caracterizado de forma experimental los elementos que forman el motor. Por una parte, se ha usado un banco de impulsos para la caracterización dinámica. Por otra parte, se ha empleado un banco de flujo para caracterizar las pérdidas de presión en los elementos. Además, en banco motor, se ha analizado el proceso de combustión, con el objetivo de determinar la ley de liberación de calor. En relación a las tareas de modelado, se ha usado un modelo de diagnóstico para caracterizar del proceso de combustión, experimentando 37 condiciones de operación modificando el régimen de giro, el avance del encendido y usando cinco sistemas de escape. Asimismo, con el fin de poder reproducir el fenómeno de propagación de ondas en el interior del sistema de escape se ha propuesto un modelo de transmisión de calor ya que los modelos convencionales usados en motores de 4T no proporcionan resultados precisos al no contemplar los fenómenos físicos que suceden en el proceso de escape espontáneo de un motor de 2T de estas características. Para ello, se ha caracterizado experimentalmente el fenómeno de propagación de ondas en el interior del sistema de escape midiendo con diversos transductores de presión a lo largo de: un escape de diámetro constante y recto, y varios sistemas de escape derivados del original del motor. El primero se usó para proceder al necesario ajuste de las constantes del modelo mientras que los segundos para realizar la validación del mismo. Para el desarrollo del modelo de transmisión de calor se han contemplado las fluctuaciones de la velocidad instantánea del fluido y la disipación de la turbulencia con una longitud de entrada. Una vez es construido el modelo unidimensional del motor con capacidad de reproducir los complejos fenómenos ondulatorios que existen en el interior de los sistemas de admisión, cilindro y escape, es necesario desarrollar correlaciones para los parámetros que definen la función de Wiebe, usada como ley de liberación de calor en el cilindro. Se ha correlacionado la variación de estos parámetros (en particular, la duración de la combustión y el parámetro de forma) con variables de funcionamiento del motor: régimen de giro y avance del encendido, y variables que se calculan en el modelo: fracción de residuales y densidad de la carga. De esta forma se dispone de un modelo predictivo de las prestaciones del motor si se conoce una correlación para las pérdidas mecánicas, que también ha sido obtenida. El uso del modelo de transmisión de calor propuesto en este trabajo reproduce con precisión la fase y amplitud de la presión de escape con valores inferiores al 1% al comparar el coeficiente de admisión medido y modelado. Las diferencias pueden alcanzar el 7% si se emplean otros modelos encontrados en la literatura. Por otra parte, los resultados obtenidos al usar las correlaciones para la combustión se traducen en: diferencias inferiores al 1.5% entre potencia medida y modelada para todas las condiciones de funcionamiento del motor si el proceso de combustión presenta un coeficiente de variación en la presión del cilindro inferior al 2.5%. Cuando el coeficiente de variación aumenta, debido a la dispersión cíclica, las diferencias entre potencia medida y modelada pueden alcanzar el 4%. Palabras clave: Motores de Combustión Interna Alternativos, Motor de Dos Tiempos, Altas Prestaciones, Instalaciones Experimentales y Medición, Modelado Unidimensional, Modelo de Acción de Ondas, Proceso de Combustión, Transmisión de Calor. / Jiménez Macedo, VD. (2013). Contribución al modelado unidimensional en motores de dos tiempos de altas prestaciones [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30773 / TESIS