Pese al desarrollo de los filtros de partículas Diesel en la década de los 80, no ha sido hasta la actualidad cuando se ha generalizado el uso de estos sistemas como solución tecnológica para la reducción de la emisión de partículas. Las razones hay que encontrarlas en la creciente presión de las normativas anti-contaminantes presentes y futuras, cercanas al límite tecnológico de otro tipo de soluciones basadas en el control del proceso de combustión. Este renovado interés por los filtros de partículas Diesel requiere por parte de los investigadores iniciar estudios experimentales y teóricos para optimizar tanto las prestaciones del filtro como su acoplamiento con el motor. Desde el punto de vista teórico, este doble objetivo puede ser alcanzado con el uso de una única herramienta de cálculo unidimensional, los modelos de acción de ondas. Comúnmente utilizados para el estudio de la renovación de la carga de los motores de combustión interna alternativos, su extensión al análisis de sistemas de post-tratamiento requiere del desarrollo de herramientas específicas para su plena adaptación; el transporte de especies químicas a través de todo el motor o la optimización de la metodología de cálculo para reducir el coste computacional haciendo independiente el asociado a cada elemento del modelo son los principales aspectos tratados. Se converge así a un modelo de acción de ondas con capacidad de acometer el cálculo de todos los procesos físico-químicos de los sistemas de post-tratamiento. Por otra parte, un aspecto clave ha de ser alcanzar la capacidad de flexibilizar el modelo al análisis de cualquier arquitectura de la línea de escape garantizando una adecuada interacción del filtro de partículas con el resto de componentes del motor. Para ello resulta conveniente que en el filtro de partículas se trate al flujo como no-estacionario, unidimensional, compresible y no-homoentrópico. Con estas características se presenta el modelo propuesto en este trabajo. / Piqueras Cabrera, P. (2010). Contribución al modelado termofluidodinámico de filtros de partículas Diesel de flujo de pared [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7341

El objetivo de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo de metodologías completas para la caracterización experimental de los procesos de inyección de combustible, evaporación y formación de mezcla, autoencendido y combustión en toberas reales de múltiples orificios de motores Diesel. Para el logro del objetivo se han implementado diferentes técnicas de visualización y se han desarrollado los algoritmos para el procesado automático de las imágenes. El estudio de visualización del chorro líquido, en instalaciones experimentales de uno o más accesos ópticos amplios, se ha centrado en el análisis del efecto de la configuración opto-electrónica sobre la calidad de las imágenes, y se han diseñado y evaluado nuevos algoritmos de procesado. Como aportación innovadora se ha generalizado el algoritmo de segmentación LRT para el caso de distribuciones no normales. Para el estudio de la evaporación de chorros, reactivos o inertes, se implementaron las técnicas de Schlieren y Shadowgraph en dos variantes básicas según la disponibilidad de accesos: método de transmisión y método de doble paso. Se realizó un estudio teórico-experimental completo, con la finalidad de precisar las variables que afectan la sensibilidad e identificar las principales fuentes de error en el análisis de la imagen. Los algoritmos propuestos toman como base los de segmentación de chorro líquido con pequeñas modificaciones en el cálculo del nivel digital umbral. El estudio del autoencendido y combustión se llevó a cabo mediante el registro de la emisión natural de quimioluminiscencia de los radicales CH y OH y de la radiación térmica del hollín. Se analiza en detalle la sensibilidad del método de análisis a la configuración del instrumental de adquisición y se plantea una metodología de análisis basada en el estudio estadístico de las distribuciones espaciales de intensidad. / Zapata Pemberthy, LD. (2010). Caracterización de los procesos de Inyección-Combustión Diesel mediante visualización y procesado digital de imágenes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8192

Internal combustion engines developments are driven by emissions reduction and energetic efficiency increase. To reach the next standards, downsized/downspeeded engines are required to reduce fuel consumption and CO2 emissions. These techniques place an important demand on the charging system and force the introduction of multistage boosting architectures. With many possible arrangements and large number of parameter to optimize, these architectures present higher complexity than current systems. The objective of this thesis has thus been to investigate the potential of two-stage boosting architectures to establish, for the particular case of passenger car downsized/downspeeded Diesel engines, the most efficient solutions for achieving the forthcoming CO2 emissions targets. To respond to this objective, an exhaustive literature review of all existing solutions has first been performed to determinate the most promising two-stage boosting architectures. Then, a new matching methodology has been defined to optimize the architectures with, on the one hand the development of a new turbine characteristic maps representation allowing straight forward matching calculations and, on the other hand, the development of a complete 0D engine model able to predict, within a reduced computational time, the behavior of any boosting architecture in both steady state and transient operating conditions. Finally, a large parametric study has been carried out to analyze and compare the different architectures on the same base engines, to characterize the impacts of thermo-mechanical limits and turbocharger size on engine performance, and to quantify for different engine development options their potential improvements in term of fuel consumption, maximum power and fun to drive. As main contributions, the thesis provides new modeling tools for efficient matching calculations and synthesizes the main trends in advanced boosting systems to guide future passenger car Diesel engine develop / Varnier ., ON. (2012). Trends and Limits of Two-Stage Boosting Systems for Automotive Diesel Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16880

La Tesis Doctoral estudia la observaci'on en tiempo real de la concentraci'on en el colector de escape de 'oxidos de nitr'ogeno (NOx) y del dosado en motores diesel sobrealimentados (¿ '1 ). Para ello se combinan dos fuentes de informaci'on diferentes: ¿ Sensores capaces de proporcionar una media de dichas variables, ¿ y modelos orientados a control que estiman estas variables a partir de otras medidas del motor. El trabajo parte de la evaluaci'on de la precisi'on de los sensores, realizada mediante la comparaci'on de su medida con la proporcionada por equipos anal'¿ticos de alta precisi'on, que son usados como est'andares de calibraci'on est'atica. Tambi'en se desarrollan en la Tesis m'etodos para la calibraci'on de la din'amica del sensor; dichos m'etodos permiten identi¿car un modelo de comportamiento del sensor y revelar su velocidad de respuesta. En general, estos sensores demuestran ser precisos pero relativamente lentos. Por otra parte, se proponen modelos r'apidos para la estimaci'on de NOx y ¿ '1 . Estos m'etodos, basados en relaciones f'¿sicas, tablas de par'ametros y una serie de correcciones, emplean las medidas proporcionadas por otros sensores con el ¿n de proporcionar una estimaci'on de las variables de inter'es. Los modelos permiten una estimaci'on muy r'apida, pero resultan afectados por efectos de deriva que comprometen su precisi'on. Con el ¿n de aprovechar las caracter'¿sticas din'amicas del modelo y mantener la precisi'on en estado estacionario del sensor, se proponen t'ecnicas de fusi'on de la informaci'on basadas en la aplicaci'on de ¿ltros de Kalman (KF). En primer lugar, se dise¿na un KF capaz de combinar ambas fuentes de informaci'on y corregir en tiempo real el sesgo entre las dos se¿nales. Posteriormente, se estudia la adaptaci'on en tiempo real de los par'ametros del modelo con el ¿n de corregir de forma autom'atica los problemas de deriva asociados al uso de modelos. Todos los m'etodos y procedimientos desarrollados a lo largo de la presente Tesis Doctoral se han aplicado de forma experimental a la estimaci'on de NOx y ¿ '1 . De forma adicional, la Tesis Doctoral desarrolla aspectos relativos a la transferencia de estos m'etodos a los motores de serie. / The dissertation covers the problem of the online estimation of diesel engine exhaust concentrations of NOx and '1. Two information sources are utilised: ¿ on-board sensors for measuring NOx and '1, and ¿ control oriented models (COM) in order to predict NOx and '1. The evaluation of the static accuracy of these sensors is made by comparing the outputs with a gas analyser, while the dynamics are identified on-board by perform- ing step-like transitions on NOx and '1 after modifying ECU actuation variables. Different methods for identifying the dynamic output of the sensors are developed in this work; these methods allow to identify the time response and delay of the sensors if a sufficient data set is available. In general, these sensors are accurate but present slow responses. Afterwards, control oriented models for estimating NOx and '1 are proposed. Regarding '1 prediction, the computation is based on the relative fuel-to-air ratio, where fuel comes from an ECU model and air mass flow is measured by a sensor. For the case of NOx, a set-point relative model based on look-up tables is fitted for representing nominal engine emissions with an exponential correction based on the intake oxygen variation. Different corrections factor for modeling other effects such as the thermal loading of the engine are also proposed. The model is able to predict NOx fast with a low error and a simple structure. Despite of using models or sensors, model drift and sensor dynamic deficiencies affect the final estimation. In order to solve these problems, data fusion strategies are proposed by combining the steady-state accuracy of the sensor and the fast estimation of the models by means of applying Kalman filters (KF). In a first approach, a drift correction model tracks the bias between the model and the sensor but keeping the fast response of the model. In a second approach, the updating of look-up tables by using observers is coped with different versions based on the extended Kalman filter (EKF). Particularly, a simplified KF allows to observe the parameters with a low computational effort. Finally, the methods and algorithms developed in this work are combined and applied to the estimation of NOx and '1. Additionally, the dissertation covers aspects relative to the implementation of the methods in series engines. / Blanco Rodríguez, D. (2013). Modelling and observation of exhaust gas concentrations for diesel engine control [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32666 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Como consecuencia de las exigentes legislaciones medioambientales actualmente en vigor, como las Euro Emission Standards en Europa, los investigadores e ingenieros se ven forzados a "re-desarrollar" el proceso de combustión diésel para hacerlo menos contaminante. Uno de los principales contaminantes y más dañinos para la salud son los óxidos de nitrógeno (NOx) que están principalmente compuestos por: monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y trióxido de dinitrógeno (N2O3). Centrándose en los NOx generados en una combustión diésel, una de las técnicas más populares para mitigar su formación es mediante la dilución de la corriente oxidante con productos de la combustión, previamente generados. De este modo, al reducir la reactividad de la corriente oxidante se consigue una disminución considerable de la temperatura de combustión y por extensión de los NOx. Sin embargo, dicha técnica causa nuevas interacciones físico-químicas entre los hidrocarburos y los NOx así como principalmente un notable cambio en la estructura del chorro diésel. Es por ello necesario considerar las diferentes vías de formación de éstos para poder predecir su generación. El hecho de considerar las diferentes vías de formación implica un incremento considerable de los recursos computacionales destinados a realizar las simulaciones, siendo en algunos casos inviable. Es por ello que el objetivo principal de esta tesis consiste en: desarrollar herramientas capaces de tener en consideración todas estas vías sin incrementar de manera considerable el coste computacional. Para ello inicialmente se realiza una exhaustiva revisión bibliográfica en donde se repasan las diferentes herramientas desarrolladas para la predicción de los NOx y se analizan sus puntos débiles. Éstos radican en simplificaciones de dudosa validez, que solamente tienen efectos positivos a altas y no a bajas temperaturas, o bien procesos demasiado tediosos y complejos para caracterizar los diferentes estados de una combustión. Posteriormente se diseña una metodología capaz de satisfacer el objetivo principal, basada en tres estudios. El primero permite profundizar en el proceso de formación de este contaminante a través de estudiar el incremento de la proporción de NO2 en los NOx debido a la recirculación masiva de estos productos. Por otro lado, los otros dos consisten en desarrollar diversas herramientas predictivas centradas exclusivamente en el NO, ya que como se dedujo del estudio anterior el NO2 se forma principalmente a partir del NO a través de un proceso de enfriamiento. La primera de estas herramientas está basada en una correlación empírica que a modo de ecuación correctiva mejora la capacidad predictiva, especialmente en condiciones de recirculación masiva, del mecanismo más implementado mundialmente, mientras que la segunda se sustenta en tabular únicamente la velocidad de formación del NO y el NO en equilibrio en función de la temperatura y de la cantidad de oxígeno disponible inicialmente para reaccionar. Finalmente para poder llevar a cabo estos estudios y cumplir con el objetivo principal se hace uso de un software comercial cinético-químico Chemkin, en su versión Professional, que sirve tanto de herramienta desarrolladora como de referencia. / Redón Lurbe, P. (2013). Modeling of the nitrogen oxides formation process applicable to several diesel combustion modes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33183

El proceso de atomización desde una vena o lámina líquida hasta multitud de gotas dispersas en un medio gaseoso ha sido un fenómeno de interés desde hace varias décadas, especialmente en el campo de los motores de combustión interna alternativos. Multitud de estudios experimentales han sido publicados al respecto, pues una buena mezcla de aire-combustible asegura una evaporación y combustión mucho más eficientes, aumentando la potencia del motor y reduciendo la cantidad de contaminantes emitidos. Con el auge de las técnicas computacionales, muchos modelos han sido desarrollados para estudiar este proceso de atomización y mezcla. Uno de los últimos modelos que han aparecido es el llamado ELSA (Eulerian-Lagrangian Spray Atomization), que utiliza un modelo Euleriano para la parte densa del chorro y cambia a un modelo Lagrangiano cuando la concentración de líquido es suficientemente pequeña, aprovechando de esta manera las ventajas de ambos. En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo puramente Euleriano para estudiar la influencia de la geometría interna de la tobera de inyección en el proceso de atomización y mezcla. Se ha estudiado únicamente el proceso de inyección diésel. Este modelo permite resolver en un único dominio el flujo interno y el externo, evitando así las comunes simplificaciones y limitaciones de la interpolación entre ambos dominios resueltos por separado. Los resultados actuales son prometedores, el modelo predice con un error aceptable la penetración del chorro, el flujo másico y de cantidad de movimiento, los perfiles de velocidad y concentración, así como otros parámetros característicos del chorro. / Martí Gómez-Aldaraví, P. (2014). DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL MODEL FOR A SIMULTANEOUS SIMULATION OF INTERNAL FLOW AND SPRAY BREAK-UP OF THE DIESEL INJECTION PROCESS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/43719 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

La necesidad de polímeros bioestables para fabricación de implantes protésicos queda patente, entre otros indicadores, por la proliferación de dispositivos actualmente comercializados. La caracterización físico-química así como la respuesta biológica de un conjunto de materiales poliméricos bioestables es el objetivo último de esta tesis. En este trabajo se han sintetizado diferentes materiales poliméricos de la familia de los acrilatos y metacrilatos variando sutilmente sus características superficiales, como el grado de hidrofilia o la distribución de cargas eléctricas. El procedimiento consistió en la copolimerización via radical de acrilato de etilo, EA, acrilato de 2-hidroxietilo, HEA, y ácido metacrílico, MAAc. Se ha caracterizado los materiales en estado seco y en presencia de diferentes contenidos de agua mediante calorimetría diferencial de barrido, DSC, análisis dinámico-mecánico, DMA, microscopía de fuerza atómica, AFM, análisis dieléctrico, DRS, contenido de agua en equilibrio, EWC, y energía superficial, SE, persiguiendo el objetivo de dilucidar si el agua es capaz de inducir cambios conformacionales en las cadenas poliméricas que den lugar a una separación de fases. Sobre los materiales en forma de scaffold poroso con poros esféricos interconectados se ha cultivado fibroblastos y endoteliales. La compatibilidad de las células endoteliales se midió en términos de viabilidad celular y la adecuada diferenciación endotelial y su funcionamiento. Se han realizado cultivos de células endoteliales humanas primarias, HUVEC, y se ha determinado si su morfología y función se vio afectada por el material. Se examinó la adhesión y proliferación de las mismas, así como un marcador importante de activación endotelial, la E-selectina. Se evaluó si se mantuvieron los fenotipos endoteliales normales y sus funciones observadas in vivo mediante análisis de los contactos célula-célula y la regulación de la expresión génica del marcador de activación E-selectina cuando se añadió un estímulo (LPS). Además, como posible aplicación de estos materiales en una prótesis de córnea artificial, y dado que los fibroblastos del estroma de la córnea (es decir, los queratocitos) son de relevancia en la cicatrización de la córnea se determinó cómo afectaba la hidrofilicidad del substrato a la adhesión celular de la línea de fibroblastos humanos MRC-5, como modelo celular para estudiar la disposición del citoesqueleto tras la adhesión a los diferentes soportes mediante la detección de F-actina. Asimismo, se ha sembrado células epiteliales evaluando su comportamiento/funcionamiento celular ya que uno de los requisitos esenciales para que un implante de queratoprótesis tenga éxito es que se cree y mantenga una capa de células epiteliales que impidan entrar a las bacterias al interior del ojo y permita la difusión la capa lagrimal de manera estable en el tiempo. Así, se han analizado parámetros celulares como adhesión, proliferación y viabilidad de una línea de células epiteliales de conjuntiva humana, NHC, cultivada sobre substratos poliméricos con diferentes grados de hidrofilia y cargas eléctricas superficiales buscando qué grado de hidrofilicidad permite la epitelización del substrato y podría darle al material flexibilidad y la hidrofilicidad necesaria para un mejor contacto con los párpados y lágrima. Los resultados obtenidos se han correlacionado con la adsorción y conformación de una proteína de la matriz extracelular, la fibronectina. / Campillo Fernández, AJ. (2014). Polímeros bioestables para fabricación de implantes protésicos: caracterización físico-química y respuesta biológica in vitro [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/44232 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

There is growing interest in the development of biomimetic matrices that are simultaneously cell-friendly, allow rapid vascularization, exhibit enough mechanical integrity to be comfortably handled and resist mechanical stresses when implanted in the site of interest. Meeting all these requirements with a single component material has proved to be very challenging. The hypothesis underlying this work was that hybrid materials obtained by combining scaffolds with bioactive hydrogels would result in a synergy of their best properties: a construct with good mechanical properties, easily handled and stable thanks to the scaffold; but also, because of the gel, cell-friendly and with enhanced oxygen and nutrients diffusion, and promoter of cell colonization. Moreover, such a composite material would also be useful as a controlled release system because of the gel’s incorporation. Poly (ethyl acrylate) (PEA) scaffolds prepared with two different morphologies were envisaged to provide the mechanical integrity to the system. Both types of scaffolds were physicochemically characterized and the effect of the scaffolds production process on the PEA properties was examined. The scaffolds preparation methods affected the PEA properties; nevertheless, the modifications induced were not detrimental for the PEA biological performance. Two different bioactive gels were studied as fillers of the scaffolds’ pores: hyaluronan (HA), which is a natural polysaccharide, and a synthetic self-assembling peptide, RAD16-I. HA is ubiquitously present in the body and its degradation products have been reported to be angiogenic. RAD16-I is a synthetic polypeptide that mimics the extracellular matrix providing a favourable substrate for cell growth and proliferation. Given the hydrophobic nature of poly(ethyl acrylate), the combination of PEA scaffolds with aqueous gels raised a number of problems regarding the methods to combine such different elements, the ways to gel them inside the pores, and the procedures to seed cells in the new composite materials. Different alternatives to solve these questions were thoroughly studied and yielded protocols to reliably obtain these complex structures and their biohybrids. An extensive physico-chemical characterization of the components’ interaction and the combined systems was undertaken. As these materials were intended for cardiac tissue engineering applications, the mechanical properties and the effect of the fatigue on them were studied. The different composite systems here developed were homogeneously filled or coated with the hydrogels, were easy to manipulate, and displayed appropriate mechanical properties. Interestingly, these materials exhibited a very good performance under fatigue. The use of the composite systems as a controlled release device was based on the possibility of incorporating active soluble molecules in the hydrogel within the pores. A release study of bovine serum albumin (BSA), intended as a model protein, was performed, which served as a proof of concept. The biological performance of the hybrid scaffolds was first evaluated with fibroblasts to discard the materials cytotoxicity and to optimize the cell seeding procedure. Subsequently, human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) cultures were performed for their interest in angiogenic and vascularization processes. Finally, co-cultures of HUVECs with adipose-tissue derived mesenchymal cells (MSCs) were carried out. These last cells are believed to play an important role for clinical regenerative medicine, and their cross-talk with the endothelial cells enhances the viability and phenotypic development of HUVECs. Through the different experiments undertaken, hybrid scaffolds exceeded the outcome achieved by bare PEA scaffolds. / Arnal Pastor, MP. (2014). New scaffolding materials for the regeneration of infarcted myocardium [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/46129 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

El modelado CFD se ha convertido en una herramienta aceptada y ampliamente utilizada en el ámbito del diseño de motores de combustión interna alternativos. Los modelos de combustión avanzados ayudan a comprender los fenómenos complejos químicos y físicos del proceso de combustión y aportan información detallada que no se puede obtener con experimentos. Indudablemente, el modelado del proceso de combustión turbulenta parcialmente premezclada característico de los chorros Diesel es particularmente difícil y por lo tanto es un tema de gran interés para la comunidad científica. Los retos más importantes del modelado de este tipo de llamas son la predicción del proceso del auto-encendido, caracterizado por el tiempo de retraso, y la estructura de la llama cuasi-estacionaria con su característica longitud de lift-off. Estos dos parámetros globales de los chorros Diesel son importantes por varios aspectos. Primero, es relativamente sencillo medir estos dos parámetros y por lo tanto utilizarlos para la validación de modelos y segundo, son factores determinantes en el proceso de la combustión en un motor. El auto-encendido marca el inicio de la tasa de liberación de calor y la longitud de lift-off desempeña un papel fundamental en la formación de hollín. El mecanismo de estabilización de la llama en la zona del lift-off todavía no es bien conocido aunque existen diferentes teorías en la literatura, por lo que su modelado es en la actualidad un reto no resuelto. De acuerdo con el contexto descrito previamente, en este trabajo se pretende implementar un modelo de combustión integrado en un solver RANS utilizando la plataforma CFD OpenFOAM de código abierto. El modelo propuesto está basado en el concepto de flamelets usando una química detallada combinado con funciones de probabilidad determinadas a priori (presumed-PDF) para considerar el efecto de interacción entre la química y las características del flujo turbulento, que implica hipótesis importantes. En primer lugar, con el concepto flamelet se asume que una llama Diesel turbulenta quema localmente como un conjunto de llamas laminares de difusión de flujos opuestos. En segundo lugar se asume que las fluctuaciones de las propiedades introducidas por el flujo turbulento, que son las responsables de los fenómenos de interacción entre la química y la turbulencia durante la combustión, siguen un comportamiento estadístico en el tiempo de acuerdo a una distribución de probabilidad conocida a priori. Los fenómenos complejos del auto-encendido de hidrocarburos exigen el uso de mecanismo químicos detallados para recuperar satisfactoriamente los tiempos de retraso del auto-encendido en un rango amplio de condiciones termoquímicas. Una estrategia de interés para mantener los costes computacionales dentro de límites aceptables consiste en pre-tabular los resultados del cálculo de la química en tablas. Los parámetros independientes de estas tablas son la fracción de mezcla, la variable de progreso y la tasa de disipación escalar. Además, la hipótesis de que la distribuciones de probabilidad de las fluctuaciones generadas por la turbulencia sobre las propiedades del flujo son conocidas permite generar una tabla con la información química del problema apta para su aplicación en cálculo CFD en un entorno RANS. Esta aproximación basada en la pre-tabulación de los resultados químicos presenta dos ventajas fundamentales, siendo la primera de ellas la posibilidad de considerar modelos avanzados de interacción química-turbulencia y la segunda el relevante ahorro de tiempo de cálculo. Sin embargo, estas tablas representan un gran espacio de datos cuya gestión eficiente no es trivial. El desarrollo de un almacenamiento adecuado para un acceso de datos rápido y directo así como un esquema de interpolación multidimensional también forma parte del presente trabajo. / Winklinger, JF. (2014). Implementation of a combustion model based on the flamelet concept and its application to turbulent reactive sprays [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48488

[ES] En los últimos años, las emisiones de hollín provenientes de los motores de combustión interna han recibido más atención debido al impacto negativo que éstas tienen no solo en el ambiente, sino también en la salud del ser humano. Como respuesta, leyes cada vez más estrictas han sido aplicadas impulsando así a la comunidad científica al desarrollo de motores más eficientes en el uso del combustible y por supuesto más limpios en términos de emisiones contaminantes. En este contexto, el modelado computacional ha sido la herramienta utilizada en numerosos esfuerzos que buscan contribuir a mejorar el entendimiento que se tiene sobre los altamente complejos fenómenos que componen el proceso de producción de hollín. El principal objetivo de esta tesis es simular la producción de hollín en chorros Diesel en condiciones de operación típicas de un motor de combustión interna utilizando CFD. La consecución del objetivo de la tesis comprende una evaluación preliminar de la configuración de los distintos modelos para el caso de chorros inertes. En segundo lugar, el estudio detallado de la hipótesis utilizada para caracterizar la estructura de la llama a nivel sub-grid (tomando como base los conceptos well-mixed o flamelet) y del enfoque para tener en cuenta la interacción entre turbulencia y química. Por último, se presentan resultados del modelado de la combustión y producción de hollín para diferentes condiciones de contorno de reactividad y mezcla del chorro utilizando un modelo de hollín de dos ecuaciones. En resumen, el lector encontrará a lo largo de este documento un estudio exhaustivo sobre la combustión y producción de hollín en chorros inyectados con toberas mono-orificio en ambientes quiescentes. De este tipo de chorros, el Spray A y Spray D de la Engine Combustion Network son utilizados como casos de referencia. / [CA] En els últims anys, les emissions de sutge provinents dels motors de combustió interna han rebut més atenció a causa de l'impacte negatiu que aquestes tenen no sols en l'ambient, sinó també en la salut de l'ésser humà. Com a resposta, lleis cada vegada més estrictes han sigut aplicades impulsant així a la comunitat científica al desenvolupament de motors més eficients en l'ús del combustible i per descomptat més nets en termes d'emissions contaminants. En aquest context, el modelatge computacional ha sigut l'eina utilitzada en nombrosos esforços que busquen contribuir a millorar l'enteniment que es té sobre els altament complexos fenòmens que componen el procés de producció de sutge. El principal objectiu d'aquesta tesi és simular la producció de sutge en rolls dièsel en condicions d'operació típiques d'un motor de combustió interna utilitzant CFD. La consecució de l'objectiu de la tesi comprèn una avaluació preliminar de la configuració dels diferents models per al cas de rolls inerts. En segon lloc, l'estudi detallat de la hipòtesi utilitzada per a caracteritzar l'estructura de la flama a nivell sub-grid (prenent com a base els conceptes well-mixed o flamelet) i de l'enfocament per a tindre en compte la interacció entre turbulència i química. Finalment, es presenten resultats del modelatge de la combustió i producció de sutge per a diferents condicions de contorn de reactivitat i mescla del doll utilitzant un model de sutge de dues equacions. En resum, el lector trobarà al llarg d'aquest document un estudi exhaustiu sobre la combustió i producció de sutge en dolls injectats amb toveres mono-orifici en ambients immòbils. D'aquesta mena de dolls, l'Spray A i Spray D de la Engine Combustion Network són utilitzats com a casos de referència. / [EN] Over the past few years, soot emissions from internal combustion engines have gained attention due to its impact on the environment and human health. In response, ever-stricter legislation has been enforced driving the research community toward more fuel-efficient and cleaner engines. Within this context, soot modeling has been the subject of many efforts seeking to contribute to the understanding of the highly complex phenomena that composes the soot production process. This thesis main objective aims at simulating soot production in Diesel sprays under engine-like conditions using computational fluid dynamics (CFD). The fulfillment of the thesis main objective entails a preliminary assessment of the inert spray computational setup for validation purposes. Then, a detailed study on the sub-grid flame structure and handling of turbulence-chemistry interaction is reported focusing on well-mixed and flamelet assumptions. Lastly, the study of reactivity and mixing boundary condition variations on combustion and soot production are assessed with a two-equation soot model. In summary, throughout this document the reader will find a comprehensive study of combustion and soot modeling in single-hole nozzle sprays in quiescent environments from which the Spray A and Spray D target conditions from the Engine Combustion Network are the main reference cases. / The respondent wishes to acknowledge the financial support received through Programa de Ayudas de Investigación y Desarrollo (PAID-01-16) and Ayudas para movilidad dentro del Programa para la Formación de Personal investigador 2017 of Universitat Politècnica de València and the Government of Spain through the CHEST Project (TRA2017-89139-C2-1-R). The respondent also wants to express his gratitude to Convergent Science for their kind support in the use of CONVERGE software for performing the CFD simulations. Parts of the work presented in this thesis have been supported in a collaborative framework with research partners at Argonne National Laboratory and their support is greatly acknowledged. / Pachano Prieto, LM. (2020). CFD modeling of combustion and soot production in Diesel sprays [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/142189