[ES] El objetivo de esta tesis es la investigación y análisis de la estructura interna de los chorros diésel reactivos y el efecto de las condiciones de contorno en los parámetros asociados a la combustión. Este objetivo se consigue por medio de la simulación numérica del chorro con modelos de turbulencia RANS y LES usando un modelo de combustión avanzado basado en el concepto flamelet. Para este estudio, se aplica una aproximación simplificada de las flamelets de difusión, conocidas en la literatura como Flamelets de Difusión Aproximadas (ADF en inglés), como fundamento del modelo de combustión. En una primera etapa, el modelo se valida con combustibles de diferente complejidad química en regímenes estacionarios y transitorios para el conjunto de posibles velocidades de deformación. Una vez se confirma su idoneidad para condiciones encontradas en chorros diésel, se aplica a la simulación del chorro A del Engine Combustion Network (ECN), representativo de chorros diésel. Para proporcionar un cuadro completo de los fenómenos subyacentes, la combustión se analiza inicialmente para condiciones homogéneas y llamas laminares para las distintas condiciones de contorno de este experimento. Después este análisis se complementa con la simulación de diferentes mecanismos químicos para determinar cómo las características del encendido predichas por el esquema de oxidación afectan a la propagación de llama. Los resultados obtenidos en esta etapa se enlazan con el análisis del chorro turbulento en el contexto de simulaciones RANS y LES para describir cómo el fenómeno de la combustión se modifica con los diferentes niveles de complejidad física. La estructura del chorro turbulento se describe profundamente para las distintas condiciones de contorno y mecanismos químicos en términos de mezcla y escalares reactivos para las fases temporales y las regiones espaciales de la llama. La satisfactoria concordancia con los resultados experimentales muestran que el concepto flamelet, y más particularmente el modelo ADF, es adecuado para las simulaciones de chorros diésel. / [CA] L'objectiu d'esta tesi és la investigació i anàlisi de l'estructura interna dels dolls dièsel reactius i l'efecte de les condicions de contorn en els paràmetres associats a la combustió. Este objectiu s'aconsegueix per mitjà de la simulació numèrica del doll amb models de turbulència RANS i LES usant un model de combustió avançat basat en el concepte flamelet. Per a este estudi, s'aplica una aproximació simplificada de les flamelets de difusió, conegudes a la literatura com Flamelets de Difusió Aproximades (ADF en anglés), com a fonament del model de combustió. En una primera etapa, el model es valida amb combustibles de diferent complexitat química en règims estacionaris i transitoris per al conjunt de possibles velocitats de deformació. Una vegada es confirma la seua idoneïtat per a condicions trobades en dolls dièsel, s'aplica a la simulació del doll A del Engine Combustion Network (ECN), representatiu de dolls dièsel. Per a proporcionar un cuadre complet dels fenòmens subjacents, la combustió s'analitza inicialment per a condicions homogènies i flames laminars per a les distintes condicions de contorn d'aquest experiment. Després esta anàlisi es complementa amb la simulació de diferents mecanismes químics per a determinar com les característiques de l'encesa predites per l'esquema d'oxidació afecten la propagació de flama. Els resultats obtinguts en esta etapa s'enllacen amb l'anàlisi del doll turbulent en el context de simulacions RANS i LES per a descriure com el fenomen de la combustió es modifica amb els diferents nivells de complexitat física. L'estructura del doll turbulent es descriu profundament per a les distintes condicions de contorn i mecanismes químics en termes de mescla i escalars reactius per a les fases temporals i les regions espacials de la flama. La satisfactòria concordança amb els resultats experimentals mostren que el concepte flamelet, i més particularment el model ADF, és adequat per a les simulacions de dolls dièsel. / [EN] The objective of this thesis is the investigation and analysis of the internal structure of diesel-like reacting sprays and the effect of boundary conditions on combustion related parameters. This objective is achieved by means of the numerical simulation of the spray with RANS and LES turbulence models using an advanced combustion model based on the flamelet concept. For this study, a simplified approach for diffusion flamelets, known in the literature as Approximated Diffusion Flamelet (ADF), is applied as the basis of the combustion model. In a first step, this model is validated for fuels with different chemical complexity in steady and transient regimes for the whole set of possible strain rates. Once its suitability is confirmed for conditions found in diesel sprays, it is applied to the simulation of spray A from the Engine Combustion Network (ECN), representative of diesel-like sprays. In order to provide a complete picture of the underlying phenomena, combustion is initially analysed in homogeneous conditions and laminar flames for the different boundary conditions of this experiment. Later, this analysis is complemented with the simulation of different chemical mechanisms in order to determine how the ignition characteristics predicted by the oxidation scheme affect to the flame propagation. The results obtained at this stage are connected with the analysis of the turbulent spray in the context of RANS and LES simulations as a way to track how combustion phenomenon is modified at the different levels of physical complexity. The turbulent spray structure is thoroughly described for the different boundary conditions and chemical schemes in terms of mixing and reactive variables for both temporal phases and spatial flame regions. The satisfactory agreement with experimental results shows that the flamelet concept, and more particularly the ADF model, is suitable for diesel-like sprays simulations. / Pérez Sánchez, EJ. (2019). Application of a flamelet-based combustion model to diesel-like reacting sprays [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/117316

[EN] In the regulation of a refrigeration system the expansion device have a fundamental role. The precise understanding of the way in which it works with different refrigerants is of crucial relevance in order to perform a precise design of these systems, as well as, to assist to its proper selection as a function of its capacity and the employed refrigerant. This thesis presents on the one hand the experimental characterization of the mass flow rate through an expansion valve with three different refrigerants: R22 (HCFC) as reference; R290 (propane) as a natural refrigerant, and R410A (HFC), currently one of the most common refrigerants, in a wide range of operating conditions and for different valve lifts. On the other hand, the work also includes the study of the modeling of the refrigerant flow through the expansion valve, and the development of a model based on the flashing process, with sufficient predictive ability to determine the mass flow rate circulating through the expansion valve according to the upstream fluid conditions and the opening valve. In order to determine accurately and precisely the minimum geometric area and the effective single-phase area of the expansion valve, it has been measured in the metrological center of UPV. In addition detailed hydraulic and pneumatic studies of the vale in two different test benches have been carried out. The analysis of experimental results obtained for the three refrigerants has shown that the mass flow rate through the expansion valve is strongly dependent on the upstream pressure and the degree of subcooling, but also slightly dependent on the downstream pressure. For the range of typical operation of heat pump and refrigeration systems, unlike some studies in literature have observed, the first-stage choking phenomena was not observed in our case. Instead, all the obtained results seem to be in the second-stage choking non-ideal flow. Obviously, the effect of the flow area on the mass flow is very important. The developed model of mass flow rate through expansion valves is basically derived from the Bernoulli equation for incompressible single-phase flow through orifices from assuming that the flow at vena contracta section is almost entirely liquid. The pressure at the vena contracta section is determined from the correlations obtained by Alamgir et al. [1981] and Abuaf et al. [1983] for water depressurization in "flashing" type expansions, in which a sudden depressurization occurs and subcooled liquid passes to metastable liquid and finally to two-phase flow. An adjustment coefficient, Ctwo-phase, was added to the model in order to take into account the effect of bubbles formation in the flow restriction, depending on the opening of the valve. This coefficient depends only on the flow area and it is close to the unit at high values of the flow area. The obtained results were found to be in good agreement with the measured data with approximately 95% of the measured data falling within a relative deviation of ±7%. / [ES] En la regulación del sistema de refrigeración como conjunto, el ajuste y estado del dispositivo de expansión tiene un papel fundamental, y el mejor conocimiento de su funcionamiento resulta de sumo interés para el correcto diseño del equipo, así como para asistir su correcta selección en función de la capacidad del mismo y del refrigerante empleado. Este trabajo de tesis doctoral presenta por un lado la caracterización experimental del flujo másico circulante a través de una válvula de expansión con distintos refrigerantes: el R22 (HCFC) como referencia, el R290 (propano) como refrigerante natural, y el R410A (HFC) como uno de los refrigerantes más habituales en la actualidad, en un amplio rango de condiciones de funcionamiento, para diferentes levantamientos de la válvula a estudio. Por otro lado, el trabajo incluye también el estudio del modelado del proceso de expansión a través de la válvula, y el desarrollo de un modelo basado en el proceso físico que se produce: "flashing", con capacidad predictiva suficiente para poder determinar el gasto másico circulante a través de la válvula de expansión en función de las condiciones del fluido aguas arriba y el área de paso de la misma. Para determinar con precisión y exactitud el área mínima geométrica y el área efectiva monofásica de la válvula de expansión se ha realizado medidas en el centro metrológico de la UPV, y también un estudio hidráulico y neumático detallado de la misma en sendos bancos de ensayo. El análisis de los resultados experimentales para los tres refrigerantes empleados ha mostrado que el gasto másico a través de la válvula de expansión es fuertemente dependiente de la presión aguas arriba y el grado de subenfriamiento, pero también ligeramente dependiente de la presión aguas abajo. Para el rango de funcionamiento típico de equipos de bomba de calor y sistemas de refrigeración, no se ha observado la primera etapa de flujo bloqueado que se mencionó en algunos estudios de la literatura, estando la totalidad de los resultados obtenidos claramente en la segunda etapa de flujo bloqueado no ideal. Obviamente, el efecto del área de paso sobre el gasto másico es muy determinante. El modelo de gasto másico a través de válvulas de expansión desarrollado se deriva básicamente de la ecuación de Bernoulli para flujo monofásico incompresible a través de orificios asumiendo que el flujo hasta la sección de vena contracta se encuentra prácticamente en su totalidad en estado líquido. La presión en la sección de vena contracta se ha determinado a partir de las correlaciones que obtuvieron Alamgir et al. [1981] y Abuaf et al. [1983] para la despresurización del agua en expansiones tipo "flashing", en los que se produce una despresurización súbita y el líquido subenfriado pasa a líquido metaestable y finalmente a flujo bifásico. Se ha añadido un coeficiente de ajuste, Cbifásico, en el modelo para tener en cuenta el efecto que puede tener la formación de burbujas en la restricción del flujo, en función del área de paso de flujo circulante a través de las válvulas. Este coeficiente sólo depende del área de paso y se acerca a la unidad a partir de un cierto tamaño del área de paso. Los resultados del modelo presentado en esta tesis doctoral son muy satisfactorios, llegando a predecir el 95% de los resultados con una desviación máxima del 7 %. / [CA] En la regulació del sistema de refrigeració com a conjunt, l'ajust i estat del dispositiu d'expansió té un paper fonamental i el millor coneixement del seu funcionament amb distints refrigerants resulta del màxim interés per al correcte disseny d'estos, així com per a assistir la seua correcta selecció en funció de la capacitat i del refrigerant empleat. Este treball de tesi doctoral presenta per un costat la caracterització experimental del flux màssic circulant a través d'una vàlvula d'expansió amb distints refrigerants: el R22 (HCFC) com a referència; el R290 (propà) com refrigerant natural, i el R410A (HFC) com un dels refrigerants més habituals en l'actualitat, en un ampli rang de condicions de funcionament, per a diferents alçaments de la vàlvula a estudi. D'altra banda, el treball inclou també l'estudi del modelatge del procés d'expansió a través de la vàlvula, i el desenrotllament d'un model basat en el procés físic que es produïx "flashing", amb capacitat predictiva suficient per a poder determinar el gasto màssic circulant a través de la vàlvula d'expansió en funció de les condicions del fluid aigües dalt i l'àrea de pas de la mateixa. Per a determinar amb precisió i exactitud l'àrea mínima geomètrica i l'àrea efectiva monofàsica de la vàlvula d'expansió s'han realitzat mesures en el centre metrológico de la UPV, i també un estudi hidràulic i pneumàtic detallat de la mateixa en sengles bancs d'assaig. L'anàlisi dels resultats experimentals per als tres refrigerants empleats ha mostrat que el fluxe màssic a través de la vàlvula d'expansió és fortament dependent de la pressió aigües dalt i el grau de subrefredament, però també lleugerament dependent de la pressió aigües aball. Per al rang de funcionament típic d'equips de bomba de calor i sistemes de refrigeració, no s'ha observat la primera etapa de flux bloquejat que es va mencionar en alguns estudis de la literatura, estant la totalitat dels resultats obtinguts clarament en la segona etapa de flux bloquejat no ideal. Òbviament, l'efecte de l'àrea de pas sobre el gasto màssic és molt determinant. El model de fluxe màssic a través de vàlvules d'expansió desenvolupat es deriva bàsicament de l'equació de Bernoulli per a flux monofàsic incompressible a través d'orificis a partir d'assumir que el flux fins a la secció de vena contracta es troba pràcticament en la seua totalitat en estat líquid. La pressió en la secció de vena contracta s'ha determinat a partir de les correlacions que van obtindre Alamgir t'al. [1981] i Abuaf t'al. [1983] per a la despresurització del aigua en expansions del típus "flashing", en eles que es produeix una despresurització súbita i el líquid subrefredad passa a líquid metaestable i finalment a fluxe bifásic. S'ha afegit un coeficient d'ajust, Cbifásico, en el model per a tindre en compte l'efecte que pot tindre la formació de bambolles en la restricció del flux, en funció de l'àrea de pas de flux circulant a través de les vàlvules. Este coeficient només depén de l'àrea de pas i s'acosta a la unitat a partir d'una certa grandària de l'àrea de pas. Els resultats del model presentat en aquesta tesi doctoral reprodueixen el 95% dels resultats en una desviacio máxima del 7%. / Ait Bahajji, M. (2016). Estudio teórico experimental del proceso de "flashing" de refrigerantes en válvulas de expansión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61980

[EN] The use of Exhaust Gas Recirculation (EGR) as a technique to reduce nitrogen oxides emissions (NOx) in Diesel engines started with the EURO regulations and continues to the present day. While aftertreatment systems were proposed as an alternative to replace EGR, the combination of both technologies has achieved the current strict regulations (EURO6, TIER 2). The fact that EGR reduces NOx originated into the combustion process with high effectiveness and with easy implementation in the engine, are the most important advantages which have kept EGR as one of the main techniques against NOx. Additionally, from another point of view, the use of EGR is spreading in other applications such as SI engines and HCCI, as a strategy to manage functional tasks on them. So far, the cooled high pressure EGR system (HPEGR) has been the most widespread configuration to perform EGR. Nonetheless, it is limited in achieving high EGR rates by its effects on Tintake, BSFC and particulate emissions (PM). In this context, low pressure EGR (LPEGR) was raised as an alternative to overcome these limitations. However, LPEGR has other disadvantages such as low value of Pexh-intk which prevents high EGR rates during some engine conditions or the effect on other pollutant emissions during engine warm up at the emissions cycle. Considering the new challenges that light vehicles will face in the future regulations (WLTP or TIER 3) and the aforementioned individual limitations for HPEGR and LPEGR systems, this PhD. Thesis propounds the analysis of the combination of both EGR techniques, HPEGR and LPEGR, in order to show the ability to reach high EGR rates and the effects on fuel consumption and pollutant emissions. To accomplish this objective, by means of experimental tests, two different combination strategies are evaluated: firstly, a simultaneous combination of both HPEGR and LPEGR systems and, secondly, a sequential combination of the individual systems. For simultaneous combination of HPEGR and LPEGR, a sweep of EGR rates combining the use of both systems is performed at five engine operation points within the engine operating range of EGR. For all tested points, the ability of reaching higher rates of EGR with the combination than with individual systems is analyzed from the air management point of view. The analysis is performed by studying the evolution of the properties of the trapped mass into the cylinder, the engine volumetric efficiency and the turbocharger performance. Besides analyzing the evolution of BSFC and pollutant emissions. Regarding the sequential combination of HPEGR and LPEGR, various tests of the NEDC emission cycle are performed in different ambient temperatures (20ºC, 0ºC and -7ºC). The sequential combination strategy involves starting the test cycle with HPEGR and, after a given time (600s and 800s), switching to LPEGR system. For these tests, the engine warm up evolution and pollutant emissions evolution are analyzed. Finally, as a practical contribution, an estimation technique of LPEGR mass flow is proposed by means of an energy balance into the control volume defined at the joint between the LPEGR and the fresh air ducts, just before the compressor intake. / [ES] El uso de la técnica de Recirculación de Gases de Escape (EGR) para la reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) en motores Diésel se inicia con las primeras normativas EURO y se extiende hasta hoy en día. Si bien los sistemas post-tratamiento se planteaban como alternativa para sustituir al EGR, finalmente, ambas tecnologías se han complementado para lograr alcanzar las estrictas limitaciones impuestas por las actuales normativas vigentes (EURO6, TIER 2). El hecho de que el EGR actúe en la reducción de NOx desde su origen en el proceso de combustión de forma efectiva y la simplicidad de ser implementado en un motor, han sido algunas de las ventajas que han mantenido al EGR como una de las principales técnicas contra los NOx. Además, desde otro punto de vista, el uso del EGR se está extendiendo en otras aplicaciones como los MEP o HCCI para gestionar estrategias de funcionamiento propias de dichas motorizaciones. Hasta ahora el EGR de alta presión refrigerado (HPEGR) había sido la configuración más generalizada para llevar a cabo la tasa de EGR. Sin embargo, se ve limitado para alcanzar altas tasas de EGR por su efecto en la Tadm, el incremento del gef o en las emisiones de partículas (PM). Ante esta situación, se planteaba el EGR de baja presión (LPEGR) como alternativa para superar estas limitaciones, aunque conlleva otras desventajas como el bajo valor de Pesc-adm que impide realizar altas tasas de EGR o su efecto sobre otras emisiones contaminante durante el calentamiento motor en el ciclo de homologación. En el marco de los nuevo retos a los que se enfrentan los vehículos ligeros con las futuras normativas (WLTP o TIER 3) y con las citadas limitaciones individuales de los sistemas HPEGR y LPEGR, en esta Tesis Doctoral se plantea el análisis de la combinación de las técnicas de EGR de alta y baja presión para alcanzar altas tasas de EGR y sus efectos sobre el consumo y las emisiones. Para llevar a cabo este objetivo, desde el punto de vista experimental, se plantean dos estrategias diversas de combinación: por una parte la combinación simultánea de ambos sistemas y por otra la combinación secuencial. Para la combinación simultánea de los sistemas de HPEGR y LPEGR, se realiza un barrido de combinación de ambos sistemas en cinco puntos de funcionamiento del motor dentro del área de EGR. Para todos los puntos ensayados se analiza la capacidad de realizar mayores tasas de EGR que los sistemas individuales, desde el punto de vista de la renovación de la carga. Dicho análisis se lleva a cabo mediante el estudio de la evolución de las propiedades de la masa atrapada en el cilindro, el rendimiento volumétrico y las condiciones de funcionamiento del turbocompresor. Además se analizan las evoluciones del gef y de las emisiones contaminantes. Respecto a la combinación secuencial de HPEGR y LPEGR, se realizan diversos ensayos de un ciclo de homologación NEDC a distintas temperaturas de funcionamiento (20ºC, 0ºC y -7ºC). La estrategia de combinación secuencial implica empezar el ciclo de homologación con el sistema HPEGR y en determinado instante del ciclo (600s y 800s) cambiar al sistema LPEGR. Para estos ensayos se ha realizado el estudio de la evolución del calentamiento motor y el efecto en las emisiones de NOx. / [CA] L'ús de la tècnica de Recirculació de Gasos d'Escapament (EGR) per a la reducció de les emissions d'òxids de nitrogen en motors Dièsel s'inicia amb les primeres normatives EURO i s'ha anat utilitzant fins l'actualitat. Si bé els sistemes post-tractament es plantejaven com a alternativa per a substituir al EGR, finalment ambdós tecnologies s'han complementat per a aconseguir les estrictes limitacions imposades a hores d'ara (EURO6, TIER 2). El fet de que l'EGR actua en la reducció de NOx des del seu origen en el procés de combustió de forma efectiva i la simplicitat per a ser implementat en un motor, han sigut alguns dels avantatges que han mantingut al EGR com una de les principals tècniques contra els NOx. A més, des d'un altre punt de vista, s'està estenent l'ús del EGR en altres aplicacions com en els MEP o HCCI per a gestionar estratègies de funcionament pròpies de dites motoritzacions. Fins ara l'EGR d'alta pressió refrigerat (HPEGR) havia sigut la configuració més generalitzada per a dur a terme la taxa de EGR. No obstant, això es veu limitat per a aconseguir altes taxes d'EGR pel seu efecte en la Tadm, l'increment del gef o en les emissions de partícules (PM). Davant d'aquesta situació, es planteja l'EGR de baixa pressió (LPEGR) com a alternativa per a superar estes limitacions, encara que comporta altres desavantatges com el seu efecte a les altres emissions en condicions de funcionament de motor fred o el baix valor de Pesc-adm que impedix realitzar altes taxes de EGR. En el marc dels nous reptes als què s'enfronten els vehicles lleugers amb les futures normatives (WLTP o TIER 3) i de les esmentades limitacions individuals dels sistemes HPEGR i LPEGR, en esta Tesi Doctoral es planteja l'anàlisi de la combinació de les tècniques de EGR d'alta i baixa pressió per a aconseguir altes taxes de EGR, des del punt de vista del procés de renovació de la càrrega, i els seus efectes sobre el consum i les emissions. Per a dur a terme este objectiu es plantegen dos estratègies diverses de combinació: d'una banda la combinació simultània d'ambdós sistemes i per una altra la combinació seqüencial. Per a la combinació simultània dels sistemes de HPEGR i LPEGR, es realitza un mostreig de combinació d'ambdós sistemes en cinc punts dins de l'àrea de EGR del motor. Per a tots els punts assajats es realitza una anàlisi de la capacitat de realitzar majors taxes de EGR que els sistemes individuals, des del punt de vista de la renovació de la càrrega. Aquest anàlisi es du a terme per mitjà de l'estudi de l'evolució de les propietats de la massa atrapada en el cilindre, el rendiment volumètric i les condicions de funcionament del turbocompressor. A més es realitza l'anàlisi de les evolucions del gef i de les emissions contaminants. Respecte a la combinació seqüencial de HPEGR i LPEGR, es realitzen diversos assajos d'un cicle d'homologació NEDC a distintes temperatures de funcionament (20ºC, 0ºC i -7ºC). L'estratègia de combinació seqüencial implica comen car el cicle d'homologació amb el sistema HPEGR i en determinat instant del cicle (600s i 800s) canviar al sistema LPEGR. Per a estos assajos s'ha realitzat l'estudi de l'evolució del calfament del motor i l'efecte en les emissions de NOx. Finalment, com a aportació pràctica, es planteja una tècnica d'estimació de gast màsic de LPEGR. per mitjà del balanç energètic en el volum de control definit en la unió del sistema de LPEGR amb el conducte d'aire fresc abans del compressor. / Soler Muniesa, JA. (2016). Análisis de la combinación de los sistemas de recirculación de gases de Alta y Baja presión sobre el comportamiento de un motor Diesel sobrealimentado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62198

[ES] El sistema de climatización es uno de los equipos auxiliares más importantes de un vehículo, el cual mantiene un ambiente térmicamente confortable al controlar la temperatura y la humedad relativa del aire interior, sin embargo, su utilización incrementa el consumo energético global del vehículo. En la presente tesis doctoral, se desarrolla un modelo global para calcular el consumo energético y las emisiones de CO2 del sistema de climatización de vehículos cuando estos recorren un trayecto determinado. El modelo global está comprendido de tres submodelos. El primer submodelo es un modelo térmico dinámico de la cabina de un vehículo que estima la variación de la temperatura y humedad del aire interior en función de las diferentes cargas térmicas y de las condiciones exteriores (temperatura ambiente y radiación solar). El modelo fue validado de acuerdo con dos ensayos experimentales, con y sin radiación solar. Además, el modelo calcula la demanda térmica que necesita satisfacer el sistema de climatización para mantener el interior del vehículo a una temperatura predefinida. El segundo submodelo consiste en un modelo del equipo de aire acondicionado, que contiene modelos detallados de los diferentes componentes del ciclo de compresión de vapor (compresor, evaporador, condensador, dispositivo de expansión, etc.). Este modelo genera mapas de prestaciones del equipo de aire acondicionado para diferentes condiciones de trabajo (temperaturas de entrada al evaporador y condensador, velocidad del compresor, humedad relativa, etc.). El tercer submodelo integra el modelo térmico dinámico del vehículo con el modelo del equipo de aire acondicionado. Este modelo determina las prestaciones del equipo de aire acondicionado en cada paso de tiempo, en función de la demanda de refrigeración instantánea; además, calcula el consumo y las emisiones de CO2 producidas por el sistema de climatización cuando el vehículo realiza una trayectoria definida, tomando en cuenta el tipo de accionamiento del compresor (mecánico o eléctrico) y sus respectivas eficiencias de la cadena de transformación de energía. El modelo desarrollado considera la variación de las condiciones climatológicas y los cambios de dirección que el vehículo realiza a lo largo del trayecto. Finalmente, se presenta un caso de estudio en donde se estima el consumo energético y las emisiones de CO2 del sistema de climatización de un autobús con accionamiento mecánico y eléctrico. Se consideró un autobús de 50 pasajeros que realiza un trayecto extraurbano (ida y vuelta) entre las ciudades de Valencia y Madrid en un día típico de verano. Los resultados muestran que el sistema de climatización con accionamiento mecánico consume 10.2 litros de combustible (gasoil) y emite 27.3 kg de CO2 durante el viaje de ida, asumiendo que el equipo funciona a una velocidad constante del compresor de 2000 rpm. Por otro lado, el sistema de climatización en el autobús impulsado eléctricamente consume 18.1 kWh durante el viaje de ida y genera 8,2 kg de emisiones indirectas de CO2 / [CA] El sistema de climatització és un dels equips auxiliars més importants d'un vehicle, el qual manté un ambient tèrmicament confortable al controlar la temperatura i la humitat de l'aire interior, no obstant això, la seua utilització incrementa el consum energètic global del vehicle. En la present tesi doctoral, es desenvolupa un model global per a calcular el consum energètic i les emissions de CO2 del sistema de climatització de vehicles quan aquests recorren un trajecte determinat. El model global està comprés de tres submodels. El primer submodel és un model tèrmic dinàmic de la cabina d'un vehicle que estima la variació de la temperatura i humitat de l'aire interior en funció de les diferents càrregues tèrmiques i de les condicions exteriors (temperatura ambient i radiació solar). El model va ser validat d'acord amb dos assajos experimentals, amb i sense radiació solar. A més, el model calcula la demanda tèrmica que necessita satisfer el sistema de climatització per a mantenir l'interior del vehicle a una temperatura predefinida. El segon submodel consisteix en un model de l'equip d'aire condicionat, que conté models detallats dels diferents components del cicle de compressió de vapor (compressor, evaporador, condensador, dispositiu d'expansió, etc.). Aquest model genera mapes de prestacions de l'equip d'aire condicionat per a diferents condicions de treball (temperatures d'entrada a l'evaporador i condensador, velocitat del compressor, humitat relativa, etc.). El tercer submodel integra el model tèrmic dinàmic del vehicle amb el model de l'equip d'aire condicionat. Aquest model determina les prestacions de l'equip d'aire condicionat en cada pas de temps, en funció de la demanda de refrigeració instantània; a més, calcula el consum i les emissions de CO2 produïdes pel sistema de climatització quan el vehicle realitza una trajectòria definida, tenint en compte el tipus d'accionament del compressor (mecànic o elèctric) i les seues respectives eficiències de la cadena de transformació d'energia. El model desenvolupat considera la variació de les condicions climatològiques i els canvis de direcció que el vehicle realitza al llarg del trajecte. Finalment, es presenta un cas d'estudi on s'estima el consum energètic i les emissions de CO2 del sistema de climatització d'un autobús amb accionament mecànic o elèctric. Es va considerar un autobús de 50 passatgers que realitza un trajecte extraurbà (anada i tornada) entre les ciutats de València i Madrid en un dia típic d'estiu. Els resultats mostren que el sistema de climatització amb accionament mecànic consumeix 10.2 litres de combustible (gasoil) i emet 27.3 kg de CO2 durant el viatge d'anada, assumint que l'equip funciona a una velocitat constant del compressor de 2000 rpm. D'altra banda, el sistema d'aire condicionat en l'autobús impulsat elèctricament consumeix 18.1 kWh durant el viatge d'anada i genera 8,2 kg d'emissions indirectes de CO2. / [EN] The air conditioning system is one of the most important auxiliary systems in a vehicle. It provides a thermally comfortable environment by controlling the temperature and relative humidity of the indoor air; however, its excessive use increases the overall energy consumption of the vehicle. In the present Ph.D. thesis, a global model is developed to calculate the energy consumption and CO2 emissions of the automotive air conditioning system, when the vehicle travels in a determined path. The main model comprises three sub-models. The first sub-model corresponds to a dynamic thermal model of the vehicle's cabin that estimates the temperature and humidity variation of the vehicle's interior air according to the different thermal loads and the external conditions (temperature and solar radiation). It was validated according to two experimental tests, with and without solar radiation. In addition, the model calculates the thermal demand that the air conditioning system needs to maintain the interior of the vehicle at a predefined temperature. The second submodel consists in a model of air conditioning equipment, which contains detailed models of the different components of the steam compression cycle (compressor, evaporator, condenser, expansion device, etc.).This model generates performance maps for different working conditions (evaporator and condenser inlet temperatures, compressor speed, etc.). The third submodel integrates the dynamic thermal model of the vehicle with the model of the air conditioning equipment. It determines the performance of the air conditioning system for each time step based on the cooling load. Furthermore, it calculates the consumption and emissions produced by the air conditioning system when the vehicle performs a defined path. In this study, mechanically or electrically driven compressors with their respective efficiencies of the energy transformation chain were considered. The developed model takes into account the weather conditions and changes of direction that the vehicle takes along the journey Finally, a case study is presented to analyze the energy consumption and CO2 emissions of air conditioning system for a bus driven by a mechanical or an electrical motor. A 50-passenger bus was considered in the analysis. The bus makes a round trip from Valencia to Madrid on a typical summer day. Results show that the mechanically driven bus consumes 10.2 liters of fuel (diesel) and exhausts 27.3 kg of CO2 during the outward journey. The air conditioning system, in this case, is assumed to be operating at a constant compressor speed of 2000 rpm. On the other hand, the air conditioning system in electrically driven bus consumes 18.1 kWh during the outward trip and produces 8.2 kg of indirect CO2 emissions. / Además, quiero reconocer el soporte financiero brindado por el programa de becas para estudios de posgrado “CONVOCATORIA ABIERTA 2013-SEGUNDA FASE”, que fue financiado por la SENESCYT (Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación) (Adjudicación No 2014-AR3R7463) de Ecuador. / Vásconez Núñez, DC. (2019). Desarrollo de un modelo para el cálculo del consumo de climatización en vehículos de pasajeros urbanos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/121133

[ES] En los últimos años, la evolución de las tecnologías de inyección ha permitido no solo mejorar el proceso de mezcla, sino también controlar con precisión los parámetros de inyección, agregando flexibilidad a los sistemas para nuevas estrategias y un grado adicional de complejidad para los investigadores. Más aún, las estrategias de inyecciones múltiples han demostrado ser capaces de reducir el consumo de combustible, así como también la emisión de partículas, los óxidos de carbono, los óxidos de nitrógeno, el hollín y los hidrocarburos no quemados, convirtiéndose en un estándar en la industria. Esta tesis presenta una metodología experimental para estudiar los efectos de dos estrategias diferentes de inyección múltiple (piloto-principal y principal-post) sobre el desarrollo fundamental y la combustión del chorro. Primero, se caracterizó hidráulicamente el inyector midiendo su tasa de inyección y flujo de cantidad de movimiento. Para una masa inyectada objetivo, se obtuvo la distribución de combustible para los diferentes tiempos de separación y las cantidades de piloto/post. Se implementó un nuevo enfoque para evaluar la distribución de combustible utilizando la señal de flujo de cantidad de movimiento. Se pudo observar que las inyecciones de piloto/post que se realizan en un estado totalmente transitorio presentan mayor desviación entre disparos. El aumento de la cantidad inyectada redujo la dispersión, con un ligero descenso al disminuir también la presión del rail. La repetibilidad de las inyecciones post se vio afectada significativamente por el tiempo de separación entre pulsos. Luego, se aplicaron diagnósticos ópticos de alta velocidad para visualizar el desarrollo del chorro en atmósferas tanto inerte como reactiva. Se utilizaron dos nuevas soluciones de procesado de imágenes: una para desacoplar dos eventos de inyección que coexisten en un solo cuadro, y otra para estimar el tiempo de retraso al autoencendido de múltiples inyecciónes. En cuanto al desarrollo del chorro en condiciones inertes, no se observó ninguna influencia en la longitud líquida estabilizada y el ángulo del chorro, respecto a la cantidad inyectada por la piloto, ni de su separación al pulso principal. Con respecto a la fase vapor, el aumento de la masa inyectada del primer pulso empujó la zona de transición más allá del límite óptico. En general, el segundo pulso penetró a una mayor velocidad, comparado con el caso de una inyección única. El ángulo de dispersión de la fase de vapor aumentó con la inclusión de la inyección piloto, pero no se observó una tendencia clara con respecto a la cantidad de la piloto ni a su tiempo de separación. En cuanto al desarrollo del chorro en condiciones reactivas, el tiempo de retraso al autoencendido del segundo pulso disminuyó en referencia a su inicio de inyección. En promedio, las estrategias piloto-principal vieron reducciones del 30% al 40%, mientras que las principal-post del 40% al 50%. Con respecto a la longitud de despegue estabilizada, no se observó una tendencia definida con respecto a los efectos tanto del tiempo de separación como de la cantidad de la piloto. La imagen promedio tomada por la cámara intensificada no consideró que la longitud de despegue puede cambiar desde el inicio de la combustión hasta el establecimiento de la llama de difusión. En general se observó que las estrategias piloto-principal producen más hollín que cada uno de sus casos de referencia. Se observó una ligera disminución en el grosor óptico de la sección transversal cerca del inicio de la combustión al aumentar la masa de la piloto. No se observó una clara dependencia del hollín con respecto al tiempo de separación entre pulsos. En contraste a la literatura, las estrategias principal-post mostraron una formación de hollín ligeramente más alta (o similar) que una sola inyección. En cámaras de combustión con un volumen tan grande, la post / [CA] En els últims anys, l'evolució de les tecnologies d'injecció ha permés no només millorar el procés de mescla, sinó també controlar amb precisió els paràmetres d'injecció, afegint flexibilitat als sistemes per a noves estratègies i un grau addicional de complexitat per als investigadors. A més a més, amb les estratègies d'injeccions múltiples s'ha demostrat la possibilitat de reduir el consum de combustible, així com les partícules, els òxids de carboni, els òxids de nitrogen, el sutge i els hidrocarburs no cremats; a més, aquestes estratègies s'han convertit en un estàndard en la indústria. Aquesta tesi estudia els efectes de dues estratègies diferents d'injecció múltiple (pilot-principal i principal-post) sobre el desenvolupament fonamental i la combustió del doll. Primer, es caracteritzar hidràulicament l'injector, mesurant la seua taxa d'injecció i flux de quantitat de moviment. Per a una massa injectada objectiu, es va obtindre la distribució de combustible per als diferents temps de separació i les quantitats de pilot/post. Es va implementar un nou enfocament per tal d'avaluar la distribució de combustible utilitzant el senyal de flux de quantitat de moviment. Es va poder observar que les injeccions de pilot/post injecció que es realitzen en un estat totalment transitori presenten major desviació entre trets. L'augment de la quantitat injectada va reduir la dispersió, observant un lleuger descens en disminuir també la pressió de rail. La repetitivitat de les injeccions post es va veure afectada significativament pel temps de separació entre polsos. Després, es van aplicar diagnòstics òptics d'alta velocitat per a visual-itzar el desenvolupament del doll en atmosferes tant inerts com reactives. Es van utilitzar dues noves solucions de processament d'imatges: una, per a desacoblar dos esdeveniments d'injecció que coexisteixen en un sol quadre, i una altra per a estimar òpticament el retard a l'encesa amb múltiples polsos d'injecció. Pel que fa al desenvolupament del doll en condicions inerts evaporatives, no es va observar cap influència en la longitud líquida estabilitzada i l'angle del doll respecte a la quantitat injectada per la pilot, ni de la seua separació al pols principal. Pel que fa a la fase de vapor, l'augment de la massa injectada del primer pols va empényer la zona de transició més enllà del límit òptic. En general, el segon pols va penetrar a una velocitat més gran comparat amb el cas d'una injecció única. L'angle de dispersió de la fase de vapor va augmentar amb la inclusió de la injecció pilot, però no es va observar una tendència clara pel que fa a la quantitat de la pilot ni al seu temps de separació. En condicions reactives, el retard d'encesa del segon pols va disminuir en referència a l'inici de la injecció. De mitjana, les estratègies pilot-principal van experimentar reduccions del 30% al 40%, mentre que les principal-post, es van veure reduides entre el 40% i el 50%. Pel que fa a la longitud d'enlairament estabilitzada, no es va observar una tendència definida pel que fa als efectes tant del temps de separació com de la quantitat de la injecció pilot. La imatge mitjana presa per la càmera intensificada no va considerar que la longitud d'enlairament puga canviar des de l'inici de la combustió fins a la flama de difusió establerta. Pel que fa als mesuraments de sutge, en general es va observar que les estratègies pilot-principal van produir més sutge que cadascun dels seus casos de referència. Es va observar una lleugera disminució en el gruix òptic de la secció transversal prop de l'inici de la combustió en augmentar la massa de la injecció pilot. No es va observar una clara dependència del sutge amb el temps de separació entre els pols. En contrast amb la literatura, les estratègies principal-post van mostrar una formació de sutge lleugerament més alta (o similar) que una sola injecció. En cambres amb un volum tan / [EN] In recent years, the evolution of the injection technologies has permitted not only to improve the spray mixing process but to control injection parameters accurately, adding flexibility to the systems for new strategies and an extra degree of complexity for researchers. In such sense, multiple injection strategies have proved capable of reducing fuel consumption, as well as emissions of particulate matter, carbon oxides, nitrogen oxides, soot, and unburned hydrocarbons, and has become a standard in the industry. This thesis provides an experimental methodology to study the effects of two different multiple injection strategies (pilot-main and main-post) on spray development and combustion. Experiments were divided into four separate measurement campaigns carried out in three facilities. In the first two campaigns, the injector was hydraulically characterized by rate of injection and spray momentum flux measurements. For a target injected mass, the fuel allocation was obtained for the different dwell times and pilot/post quantities. A new approach to evaluate the fuel distribution using the momentum flux signal was implemented. Higher shot-to-shot deviations were observed for the pilot/post pulses that are injected in an entirely transitory state. The dispersion decreased with increasing injected quantity, and also slightly with decreasing rail pressure. The repeatability of the post injections was significantly affected by the dwell time. Then, high-speed optical diagnostics were applied to visualize the spray development in both inert and reactive atmospheres. Two novel image processing solutions were developed: one to decoupled two injection events that coexist in a single frame, and another to optically estimate the ignition delay of multiple injection pulses. On the spray development in non-reactive conditions, no influence was observed from the injected quantity of the pilot and its dwell time to the main pulse on the stabilized liquid length and spreading angle. Regarding the vapor phase, increasing the injected mass of the first pulse pushed the interaction zone past the optical limit. In general, the second pulse penetrated at a faster rate than the single injection case. Vapor phase spreading angle increased with the inclusion of a pilot injection. No clear trend was observed with either the pilot quantity nor the dwell time. On the spray development in reactive conditions, for all test points that included multiple injections, the ignition delay of the second pulse decreased referenced to its start of injection. On average, pilot-main strategies showed reductions of 30% to 40%, while main-post of 40% to 50%. Different inter-action mechanism found in the literature were used to describe the synergy between injection pulses. Regarding the stabilized lift-off length, no definite trend was observed in terms of the effects of both the dwell time and pilot quantity. The average image taken by the ICCD camera did not consider that the lift-off length can change from the inception of combustion to the established diffusion flame. Regarding soot measurements, it was generally observed that pilot-main strategies produced more soot than each of their reference case. A slight decrease in the cross-sectional optical thickness near the start of combustion was noted increasing the pilot quantity. No clear dependence of soot on the dwell time was observed. In contrast to the literature, main-post strategies depicted slightly higher (or similar) soot formation than a single injection. In combustion chambers with such large volume, the post injection behaved like a main and the actual main like a pilot. Thus, local conditions enhance the formation of soot from the post injection, instead of promoting its oxidation. Therefore, jet-wall interactions are critical for the effectiveness of the post injection on reducing soot emissions. / Viera Sotillo, AA. (2019). Effect of multiple injection strategies on the Diesel spray formation and combustion using optical diagnostics [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/123954

[ES] La Interacción Fluido Estructura consiste en un problema físico en el que dos materiales, gobernados por conjuntos de ecuaciones distintas, se acoplan de diferentes formas. La investigación en el campo de la Interacción Fluido Esructura experimentó un importante desarrollo desde principios del siglo XX, de la mano del campo de la aeroelasticdad. Durante el desarrollo de la industria aeroespacial en el contexto de las guerras mundiales, el uso de materiales más ligeros (y flexibles) comenzó a hacerse obligatorio para la obtención de aeronaves con un comportamiento (y costes) aceptable. A lo largo de los últimos años, el uso de materiales de construcción cada vez más ligeros, se ha extendido al resto de campos de la industria. A modo de ejemplo, podría servir el desarrollo de trackers en la producción de energia solar; la utilización de materiales ligeros en ingeniería civil o el desarrollo de elementos constructivos de plástico en la industria del automóvil. Como consecuencia, la predicción con exactitud de las deformaciones inducidas por un fluido y, si aplica, la influencia de estas deformaciones en el propio flujo, ha adquirido una importancia vital. Este documento intenta porporcionar, en primer lugar, una profunda revisión de los métodos experimentales y computacionales que se han utilizado en este contexto en la bibliografía, así como los análisis en problemas de este tipo realizados por otros investigadores de cara a presentar una primera aproximación a la Interacción Fluido Estructura. Se verá cómo existe una importante cantidad de herramientas y metodologías aplicables a cualquier tipo de problema y para cualquier combinación de flujos y estructuras. Sin embargo, no existe una aproximación general que, en función de valores de números adimensionales, permita establecer cuáles de ellos son los de mayor importancia en este tipo de problemas. En este sentido, se llevará a cabo un completo análisis paramétrico durante el desarrollo del Capítulo 2 para establecer cuáles de ellos son de mayor importancia. Una vez se establezca la importancia de estos parámetros, se analizará un caso que es de especial interés en la industria: la aerovibroacústica. Éste es un caso particular de Interacción Fluido Estructura en el que, debido a la combinación de parámetros adimensionales, la interacción se puede considerar como prácticamente unidireccional, permitiendo extender estudios mediante un conste computacional relativamente acotado. La Aerovibroacústica y la vibroacústica se analizarán mediante la presentación de dos casos de referencia, permitiendo proponer una metodología que se podrá extender a otros problemas similares. / [CA] La Interacció Fluid Estructura consisteix en un problema físic en què dos materials, governats per conjunts d'equacions diferents, s'acoblen de diferents formes. La investigació en el camp de la Interacció Fluid Esructura va experimentar un important desenvolupament des de principis del segle XX, de la mà del camp de la aeroelasticdad. Durant el desenvolupament de la indústria aeroespacial en el context de les guerres mundials, l'ús de materials més lleugers (i flexibles) va començar a fer-se obligatori per a l'obtenció d'aeronaus amb un comportament (i costos) acceptable. Al llarg dels últims anys, l'ús de materials de construcció cada vegada més lleugers, s'ha estès a la resta de camps de la indústria. A tall d'exemple, podria servir el desenvolupament de textit trackers en la producció d'energia solar; la utilització de materials lleugers en enginyeria civil, el desenvolupament d'elements constructius de plàstic a la indústria de l'automòbil. Com a conseqüència, la predicció amb exactitud de les deformacions induïdes per un fluid i, si escau, la influència d'aquestes deformacions en el propi flux, ha adquirit una importància vital. Aquest document intenta porporcionar, en primer lloc, una profunda revisió dels mètodes experimentals i computacionals que s'han utilitzat en aquest context en la bibliografia, així com les anàlisis en problemes d'aquest tipus realitzats per altres investigadors de cara a presentar una primera aproximació a la Interacció Fluid Estructura. Es veurà com, encara que existeix una important quantitat d'eines i metodologies aplicables a qualsevol tipus de problema i per a qualsevol combinació de fluxos i estructures, no hi ha una aproximació general que, en funció de valors de nombres adimensionals, permeti establir quins d'ells són els de major importància en aquest tipus de problemes. En aquest sentit, es durà a terme una completa anàlisi paramètric durant el desenvolupament del Capítol 2 per a establir quins d'ells són de major importància. Un cop s'estableixi la importància d'aquests paràmetres, s'analitzarà un cas que és d'especial interès en la indústria: la aerovibroacústica. Això és un cas particular d'Interacció Fluid Estructura en què, a causa de la combinació de paràmetres adimensionals, la interacció es pot considerar com pràcticament unidireccional, permetent estendre estudis mitjançant un consti computacional relativament acotat. La Aerovibroacústica i la vibroacústica s'analitzaran mitjançant la presentació de dos casos de referència, permetent proposar una metodologia que es podrà estendre a altres problemes similars. / [EN] Fluid Structure Interaction is a physical problem where two different materials, governed by different set of fundamental equation, are coupled on different ways. The research on the field of Fluid Structure Interaction experienced a noticeable growth since the beginnings of the XXth century, by means of the field of aeroelasticity. During the development of the aerospace industry in the context of first and second Wolrd War, as the use of lighter (and softer) materials became mandatory for the correct behavior (and cost savings) of the produced aircrafts. During these past years, the use of use of increasingly lighter construction materials has extended to the rest of fields of the industry. As an example, it could be mentioned the use of solar trackers on the solar energy sector; the use of light materials on civil engineering or the use of plastic for some constructive elements in the context of the automotive field. As a consequence, the accurate prediction of the deformations induced to a fluid flow over a structure and, if needed, the influence of this deformation on the fluid flow itself is becoming of primal importance. This document intends to provide with a deep review of the computational and experimental reported methodologies already available on the literature and the previous works performed by other researches in order to infer a first approximation to the Fluid Structure Interaction Problem. It will be observed how an important amount of solving methodologies is available in order to face these problems regarding with the strength of the interaction. However, a general approximation allowing to predict this strength as a function of a set of dimensional number is rarely known. In this sense, a full parametric study will be performed during the development of Chapter 2 showing which of them are of higher importance. Once the influence of these parameters is determined, a case of special interest will be analyzed: aerovibroacoustics. This, is a particular case of Fluid Structure Interaction where, due to the combination of its nondimensional parameters, one directional coupling can be supposed for most of the cases. Aerovibroacoustics and vibroacoustics will be analyzed by means of two reference cases, allowing finally to propose a methodology which could be extended for other related problems. / Quintero Igeño, PM. (2019). Characterization of Fluid Structure Interaction mechanisms and its application to vibroacoustic phenomena [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/128412

[ES] En los últimos años, la investigación en motores se ha centrado principalmente en la reducción de emisiones contaminantes y en el aumento de la eficiencia. Muchos de los esfuerzos de investigación actuales en este campo están dirigidos a mejorar y desarrollar nuevas estrategias activas para la reducción de emisiones, en particular centradas en los nuevos conceptos de combustión y en la obtención de un mejor control sobre ella. Su desarrollo requiere la aplicación de nuevas herramientas experimentales y teóricas. Estas herramientas deberían permitir tanto la aplicación de nuevas estrategias activas de control de contaminantes como ampliar el conocimiento básico de los fundamentos de los procesos involucrados. En este contexto es donde se encuadra el objetivo de esta Tesis: el desarrollo y optimización de un nuevo sistema de encendido no intrusivo y modulable, que permitirá el control sobre el tiempo y la ubicación del punto de encendido. Dicho sistema se aplicará para el encendido de chorros Diesel de inyección directa. En particular, se pretende evidenciar cómo las condiciones locales al encendido pueden afectar al desarrollo de la combustión posterior. Para lograr este objetivo, el trabajo de investigación se ha dividido en dos bloques principales. El primero se centra en el desarrollo y la optimización del sistema de encendido. Aprovechando las posibilidades que ofrece el proceso de inducción de plasma con láser y, una vez seleccionado el mejor método de inducción para su aplicación en un entorno especifico como el de un motor, se ha llevado a cabo un proceso de optimización y validación del sistema. Tal proceso resulta de importancia básica en el desarrollo de esta investigación, ya que la aplicación de un sistema de encendido totalmente fiable resulta ser fundamental, tanto en términos de su posible aplicación para control de combustión como en términos de las posibilidades de estudios que pueda ofrecer. Al principio, a partir de un extenso estudio de la literatura sobre el proceso de inducción de plasma con láser, se han obtenido los parámetros fundamentales a tener en cuenta para la aplicación del sistema al encendido de chorros de combustible de inyección directa. A partir de estos parámetros, se ha diseñado un primer sistema de encendido. Luego su fiabilidad en la inducción de plasma ha sido estudiada experimentalmente en condiciones ambientales y de motor, aplicando una metodología de optimización desarrollada en este mismo trabajo experimental. Como resultado principal de este primer bloque de trabajo, se ha podido obtener un sistema de encendido por plasma inducido con láser completamente optimizado y fiable, así como un método novedoso para su validación y optimización. El segundo bloque de trabajo corresponde a la aplicación del sistema al encendido de un chorro Diesel de inyección directa en condiciones reales del motor. El objetivo de este bloque era lograr dos hitos principales: la determinación de las capacidades y los límites del sistema en su aplicación, y el desarrollo de un primer estudio experimental sobre la influencia de las condiciones locales de la zona de encendido sobre una combustión Diesel. Para lograrlo, primero se ha validado la capacidad de encendido del sistema bajo un conjunto adecuado de condiciones termodinámicas, previamente seleccionadas para mantener la máxima efectividad. Los resultados de este estudio, en comparación con los típicos parámetros de autoencendido en las mismas condiciones, han permitido demostrar la capacidad de encendido del sistema. Posteriormente, se ha llevado a cabo una variación paramétrica de tiempos y posiciones en las que inducir el plasma, con el fin de determinar el efecto de las condiciones locales sobre el desarrollo de la combustión Diesel. En este caso, al comparar los resultados obtenidos con los parámetros estándar de autoencendido, se han podido obtener tendencias interesantes, que subra / [CA] En els últims anys, la investigació en motors s'ha centrat principalment en la reducció d'emissions contaminants i en l'augment de l'eficiència. Molts dels esforços d'investigació actuals en aquest camp estan dirigits a millorar i desenvolupar noves estratègies actives per a la reducció d'emissions, en particular centrades en els nous conceptes de combustió i en l'obtenció d'un millor control sobre ella. El seu desenvolupament requereix l'aplicació de noves eines experimentals i teòriques. Aquestes eines haurien de permetre tant el desenvolupament i aplicació de noves estratègies actives de control de contaminants com ampliar el coneixement bàsic dels fonaments dels principals processos involucrats. En aquest context és on s'enquadra l'objectiu principal d'aquesta Tesi: el desenvolupament i l'optimització d'un nou sistema d'encés no intrusiu i modulable, que permetrà el control sobre el temps i la ubicació del punt d'encés. Aquest sistema s'aplicarà per a l'encesa de dolls Diesel d'injecció directa. En particular, es pretén evidenciar com les condicions locals a l'encesa poden afectar el desenvolupament de la combustió posterior. Per a aconseguir aquest objectiu, el treball de recerca s'ha dividit en dos blocs principals. El primer se centra en el desenvolupament i l'optimització del sistema d'encesa. Aprofitant les possibilitats que ofereix el procés d'inducció de plasma amb làser i, una vegada seleccionat el millor mètode d'inducció per a la seua aplicació en un entorn especifique com el d'un motor, s'ha dut a terme un procés d'optimització i validació del sistema. Tal procés resulta d'importància bàsica en el desenvolupament d'aquesta investigació, ja que l'aplicació d'un sistema d'encesa totalment fiable resulta ser fonamental, tant en termes de la seua possible aplicació per a control de combustió com en termes de les possibilitats d'estudis que puga oferir. Al principi, a partir d'un extens estudi de la literatura sobre el procés d'inducció de plasma amb làser, s'han obtingut els paràmetres fonamentals a tindre en compte per a l'aplicació del sistema a l'encesa de dolls de combustible d'injecció directa. A partir d'aquests paràmetres, s'ha dissenyat un primer sistema d'encesa. Després la seua fiabilitat en la inducció de plasma ha sigut estudiada experimentalment en condicions ambientals i de motor, aplicant una metodologia d'optimització desenvolupada en aquest mateix treball experimental. Com a resultat principal d'aquest primer bloc de treball, s'ha pogut obtindre un sistema d'encés per plasma induït amb làser completament optimitzat i fiable, així com un mètode nou per a la seua validació i optimització. El segon bloc de treball correspon a l'aplicació del sistema a l'encesa d'un doll Dièsel d'injecció directa en condicions reals del motor. L'objectiu d'aquest bloc era aconseguir dues fites principals: la determinació de les capacitats i els límits del sistema en la seua aplicació a l'encesa de dolls d'injecció directa, i el desenvolupament d'un primer estudi experimental sobre la influència de les condicions locals de la zona d'encesa sobre el desenvolupament posterior d'una combustió Diesel. Per a aconseguir-ho, primer s'ha validat la capacitat d'encesa del sistema sota un conjunt adequat de condicions termodinàmiques, prèviament determinades per a mantindre la màxima efectivitat. Els resultats d'aquest estudi, en comparació amb els típics paràmetres d'autoencesa en les mateixes condicions, han permés demostrar la capacitat d'encesa del sistema. Posteriorment, s'ha dut a terme una variació paramètrica de temps i posicions en les quals induir el plasma per a forçar l'encesa, amb la finalitat de determinar l'efecte de les condicions locals sobre el desenvolupament de la combustió Diesel. En aquest cas, en comparar els resultats obtinguts amb els paràmetres estàndard d'autoencesa, s'han pogut obtindre tendències interessants, que subratl / [EN] In the recent years the engine research has been mainly focused on the pollutant emissions reduction and on increasing the efficiency. Many of the actual research efforts in the field of the Internal Combustion Engines are aimed to improve and develop new active strategies for emission reduction, particularly centered on new combustion concepts and a general improved combustion control. Their development requires the application of new experimental and theoretical tools, allowing both to be directly applied as an active pollutant control strategy and to permit to expand the basic knowledge of the governing processes' fundamentals. This is the concept where the main objective of this Thesis is framed: the development and optimization of a new, non-intrusive and modulable ignition system that will allow the control on the position and timing of the ignition spot. Such system will be applied to the ignition of direct injection diesel sprays in order to expand the knowledge of the ignition process, particularly considering how the local conditions at the ignition are affecting the subsequent combustion development. In order to accomplish the proposed objective, the research work has been divided in two main blocks. The first one is focused on the development and optimization of the ignition system. Taking advantage of the possibilities granted by the laser plasma induction process and, once selected the best induction method for its application in an internal combustion engine environment, a process of optimization of the ignition system has been carried out. Such optimization process results to be of basic importance for this research development. In fact, the application of fully reliable ignition system is fundamental both in terms of its possible direct application for combustion modulation purposes and in terms of the new study possibilities that is able to deliver. At first, from an extensive literature survey upon the plasma laser induction process, the fundamental parameters to focus on for the application of the system to the ignition of direct injection fuel sprays have been obtained. Starting from these parameters, a first ignition system has been designed, and then its reliability in the plasma induction has been experimentally tested under ambient and engine-like conditions, applying an original optimization methodology. As a main result of this first work block, a fully optimized and completely reliable laser induced plasma ignition system has been obtained, and an original system validation and optimization method has been developed. The second work block corresponds to the application of the ignition system to a direct injection diesel spray under real engine conditions. This block aimed to accomplish two main goals: the determination of the system capabilities and limits for the spray ignition application and the development of a first experimental study regarding the influence of the local conditions at the ignition location on the subsequent development of diesel combustion. In order to do so, first the system ignition capability has been tested on a diesel spray, under an adequate set of thermodynamic conditions determined to maintain the maximum possible system feasibility. The results of this study, compared with the standard combustion diagnostics parameters for the autoignition event at the same conditions, proved its ignition capabilities. Then a parametric variation of the local timing and position of the induced plasma generation region has been carried out, in order to determine the effect of the local condition on the combustion development. By comparing the obtained results with standard autoignition parameters at the same conditions, interesting trends have been obtained, that underline the system ability to control and modulate the combustion event / Pinotti, M. (2019). COMBUSTION CONTROL OF DIESEL SPRAYS BY MEANS OF LASER INDUCED PLASMA IGNITION [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130205

[ES] La comprensión de los fenómenos físicos que acontecen en la región densa (también conocida como campo cercano) durante la atomización de los sprays ha sido una de las mayores incógnitas a la hora de estudiar sus aplicaciones. En el sector industrial, el rango de interés abarca desde toberas en aplicaciones propulsivas a sprays en aplicaciones médicas, agrícolas o culinarias. Esta evidente falta de conocimiento obliga a realizar simplificaciones en la modelización, provocando resultados poco precisos y la necesidad de grandes caracterizaciones experimentales en la fase de diseño. De esta manera, los procesos de rotura del spray y atomización primaria se consideran problemas físicos fundamentales, cuya complejidad viene dada como resultado de un flujo multifásico en un régimen altamente turbulento, originando escenarios caóticos. El análisis de este problema es extremadamente complejo debido a la ausencia sustancial de teorías validadas referentes a los fenómenos físicos involucrados como son la turbulencia y la atomización. Además, la combinación de la naturaleza multifásica del flujo y su comportamiento turbulento resultan en una gran dificultad para afrontar el problema. Durante los últimos 10 años, las técnicas experimentales han sido finalmente capaces de visualizar la región densa, pero la confianza, análisis y efectividad de dichos experimentos en esta región del spray todavía requiere de mejoras sustanciales. En este contexto, esta tesis trata de contribuir al entendimiento de estos procesos físicos y de proporcionar herramientas de análisis para estos flujos tan complejos. Para ello, mediante Direct Numerical Simulations se ha afrontado el problema resolviendo las escalas de movimiento más pequeñas, y capturando todas las escalas de turbulencia y eventos de rotura. Uno de los objetivos de la tesis ha sido evaluar la influencia de las condiciones de contorno del flujo entrante en la atomización primaria y en el comportamiento turbulento del spray. Para ello, se han empleado dos condiciones de contorno diferentes. En primer lugar se ha empleado una condición de contorno sintética para producir turbulencia homogenea a la entrada, simulando el comporamiento de la tobera. Una de las características más interesantes de este método es la posibilidad de retocar los parámetros dentro del algoritmo. En particular, la escala de longitud integral se ha variado para evaluar la influencia de las estructuras mas grandes de la tobera en la atomización primaria. El análisis de la condición de contorno sintética también ha permitido el diseño óptimo de simulaciones de las cuales se han derivado estadísticas turbulentas significativas. En este escenario, se han llevado a cabo estudios más profundos sobre la influencia de propiedades de las estructuras turbulentas como la homogeneidad y la anisotropía tanto en el espectro de los flujos como en las estadísticas de las gotas. Para tal fin, se han desarrollado metodologías novedosas para computar el análisis espectral y la estadística de las gotas Entre los resultados de este análisis destaca la independencia de la condición de contorno de entrada en las estadísticas de las gotas, mientras que por otra parte, recalca que las características turbulentas desarrolladas en el interior de la tobera afectan a la cantidad total de masa atomizada. Estas consideraciones se encuentran respaldadas por el análisis espectral realizado, mediante el cuál se concluye que la turbulencia multifásica comparte el comportamiento universal descrito por las teorías de Kolmogorov. / [CA] La comprensió dels fenòmens físics que succeïxen en la regió densa (també coneguda com a camp pròxim) durant l'atomització dels sprays ha sigut una de les majors incògnites a l'hora d'estudiar les seues aplicacions. En el sector industrial, el rang d'interés comprén des de toveres en aplicacions propulsives a sprays en aplicacions mèdiques, agrícoles o culinàries. Esta evident falta de coneixement obliga a realitzar simplificacions en la modelització, provocant resultats poc precisos i la necessitat de grans caracteritzacions experimentals en la fase de disseny. D'esta manera, els processos de ruptura del spray i atomització primària es consideren problemes físics fonamentals, la complexitat dels quals ve donada com resultat d'un flux multifàsic en un règim altament turbulent, originant escenaris caòtics. L'anàlisi d'este problema és extremadament complex a causa de l'absència substancial de teories validades dels fenòmens físics involucrats com són la turbulència i l'atomització. A més, la combinació de la naturalesa multifàsica del flux i el seu comportament turbulent resulten en una gran dificultat per a afrontar el problema. Durant els últims 10 anys les tècniques experimentals han sigut finalment capaces de visualitzar la regió densa, però la confiança, anàlisi i efectivitat dels experiments en esta regió del spray encara requerix de millores substancials. En este context, esta tesi tracta de contribuir en l'enteniment d'estos processos físics i de proporcionar ferramentes d'anàlisi per a estos fluxos tan complexos. Per a això, per mitjà de Direct Numerical Simulations s'ha afrontat el problema resolent les escales de moviment més menudes, al mateix temps que es capturen totes les escales de turbulència i esdeveniments de ruptura. Un dels objectius de la tesi ha sigut avaluar la influència que les condicions de contorn del flux entrant tenen en l'atomització primària i en el comportament turbulent del spray. Per a això, s'han empleat dos condicions de contorn diferents. En primer lloc s'ha empleat una condició de contorn sintètica per a produir turbulència homogènia a l'entrada, simulant el comportament de la tovera. Una de les característiques més interessants d'este mètod és la possibilitat de retocar els paràmetres dins de l'algoritme. En particular, l'escala de longitud integral s'ha variat per a avaluar la influència de les estructures mes grans de la tovera en l'atomització primària. L'anàlisi de la condició de contorn sintètica també ha permés el disseny òptim de simulacions de les quals s'han derivat estadístiques turbulentes significatives. En este escenari, s'han dut a terme estudis més profunds sobre la influència de propietats de les estructures turbulentes com l'homogeneïtat i l'anisotropia tant en l'espectre dels fluxos com en les estadístiques de les gotes. Per a tal fi, s'han desenrotllat metodologies noves per a computar l'anàlisi espectral i l'estadística de les gotes. Entre els resultats d'esta anàlisi destaca la independència de la condició de contorn d'entrada en les estadístiques de les gotes, mentres que d'altra banda, es recalca que les característiques turbulentes desenrotllades en l'interior de la tovera afecten a la quantitat total de massa atomitzada. Estes consideracions es troben recolzades per l'anàlisi espectral realitzat, per mitjà del qual es conclou que la turbulència multifásica compartix el comportament universal descrit per les teories de Kolmogorov. / [EN] The understanding of the physical phenomena occurring in the dense region (also known as near field) of atomizing sprays has been long seen as one of the biggest unknown when studying sprays applications. The industrial range of interest goes from nozzles in combustion and propulsion applications to medical sprays, agricultural and food process applications. This substantial lack of knowledge is responsible for some important simplification in modeling, that often result to be inaccurate or simply partial, leading to the evident need of large experimental characterization during the design phase. In fact, the spray breakup and primary atomization processes are indeed fundamental problems of physics, which complexity results from the combination of a multiphase flow in a highly turbulent regime that leads to chaotic scenarios. The analysis of this problem is extremely problematic, due to a substantial lack of definitive theories about the physical phenomena involved, namely turbulence and atomization. Furthermore, the combination of the multiphase nature of the flow and its turbulent behavior makes substantially difficult to address the problem. Only within the last 10 years, experimental techniques have been capable of visualizing the dense region, but the experiments reliability, analysis and effectiveness in this region still requires vast improvements. In this scenario, this thesis aims to contribute in the understanding of these physical process and to provide analysis tools for these complex flows. In order to do so, Direct Numerical Simulations have been used for addressing the problem at its smallest scale of motion, while reliably capturing all turbulence scales and breakup events. The multiphase nature of the flow is accounted for by using the Volume of Fluid method. One of the goal of the thesis was to assess the influence of the inflow boundary conditions on the primary atomization and on the spray's turbulence behavior. In order to do so, two different boundary conditions were used. In a first place, a synthetic inflow boundary condition was used in order to produce a homogeneous turbulence inflow, simulating the nozzle behavior. One of the interesting features of this method was the possibility of tweaking the parameters within the algorithm. In particular, the integral length scale was varied in order to assess the influence of nozzle larger turbulent structures on the primary atomization. The analysis on the synthetic boundary condition also allowed to optimally design simulations from which derive meaningful turbulence statistics. On this framework, further studies were carried over on the influence of turbulent structures properties, namely homogeneity and anisotropy, on both the flows spectra and droplets statistics. In order to achieve this goal, novel procedures for both computing the flow spectra and analyzing droplets were developed and are carefully addressed in the thesis. The results of the analysis highlight the independence of droplets statistics from the inflow boundary condition, while, on the other hand, remarking how the total quantity of atomized mass is significantly affected by the turbulence features developed within the nozzle. This considerations are supported by the spectrum analysis performed, which also highlighted how multiphase turbulence shares the universal features described in Kolmogorov theories. / Crialesi Esposito, M. (2019). Analysis of primary atomization in sprays using Direct Numerical Simulation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133975

[ES] Las normativas sobre emisiones contaminantes y sonoras, cada vez más estrictas, han sido la principal motivación para la investigación, el desarrollo y la optimización de los motores de combustión y demás tecnologías relacionadas. Esta tendencia ha dado lugar a la introducción paulatina de sistemas de postratamiento para reducir las emisiones contaminantes provenientes de la automoción. Se emplearon diferentes enfoques experimentales y de modelado computacional para estudiar y caracterizar el comportamiento acústico y fluidodinámico de un conjunto diverso de sistemas de postratamiento, abarcando así una amplia gama de elementos y características representativos de las aplicaciones de postratamiento más avanzadas de uso comercial. La pérdida por transmisión y la caída de presión fueron seleccionadas como parámetros clave de estudio para cuantificar la atenuación acústica y la contrapresión generada por cada dispositivo. Para la caracterización experimental se utilizaron procedimientos de medición bien establecidos. Por su parte, para el modelado computacional se emplearon distintos enfoques de simulación, tales como el unidimensional, el CFD e incluso la co-simulación 1D-3D, siguiendo en la medida lo posible el concepto o principio "gemelos digitales", en programas comerciales con el objetivo de replicar los resultados experimentales, a fin de obtener información complementaria y ayudar a profundizar en la comprensión de los fenómenos internos, los efectos tridimensionales del flujo y los efectos acústicos. Previo a la caracterización minuciosa de los dispositivos, se verificó la validez y significancia de las medidas acústicas en condiciones frías como las que se iban a tomar, para representar los dispositivos respecto a sus condiciones reales de funcionamiento, es decir, expuestos a flujo caliente y pulsante como en el extremo caliente de las líneas de escape donde habitualmente se sitúan los sistemas de postratamiento. Una vez realizada esta validación. Comenzó se dio paso a la caracterización experimental, para cada sistema o dispositivo se registraron mediciones de caída de presión para un rango de caudales násicos, normalmente entre 0 y 800 kg/h. Del mismo modo, se efectuaron mediciones de pérdida de transmisión en condiciones de ausencia de flujo y con tres caudales masicos diferentes superpuestos, por lo general 100, 200 y 300 kg/h. La información producida, tras cierto post-procesamiento, análisis por descomposición y comparativo, sumado al uso del razonamiento inductivo fueron empleados para cuantificar y relacionar cada elemento con sus efectos. Adicionalmente otros temas fueron evaluados, como el cumplimiento de la propiedad aditiva en los resultados de caída de presión y pérdida por transmisión cuando varios dispositivos de postratamiento se disponen juntos formando un sistema, la importancia real de los dispositivos auxiliares que a menudo son pasados por alto , los cambios en los inicios de la vida útil de un dispositivo con filtro de partículas tipo GPF, las ventajas de realizar análisis por descomposición en los resultados de pérdida por transmisión, las capacidades de 1D y 3D CFD para producir información útil y los beneficios eventuales de la co-simulación 1D-3D. En conjunto, se elaboró una base de datos exhaustiva sobre la caída de presión y la pérdida de transmisión de los dispositivos y sistemas de postratamiento más avanzados. Las metodologías experimentales utilizadas, con su correspondiente posprocesado, demostraron ser adecuadas y producir información significativa. Especialmente tras la validación realizada con las mediciones acústicas en condiciones ambientales relativas a condiciones similares a las reales en el motor. / [CA] Les normatives sobre emissions contaminants i sonores, cada vegada més estrictes, han sigut la principal motivació per a la investigació, el desenvolupament i l'optimització dels motors de combustió i altres tecnologies relacionades. Aquesta tendència ha donat lloc a la introducció gradual de sistemes de post-tractament per a reduir les emissions contaminants provinents de l'automoció. Es van emprar diferents enfocaments experimentals i de modelatge computacional per a estudiar i caracteritzar el comportament acústic i fluidodinàmic d'un conjunt variat de sistemes i dispositius de post-tractament, abastant així una àmplia gamma d'elements i característiques representatius de les aplicacions de post-tractament més avançades d'ús comercial. La pèrdua per transmissió i la caiguda de pressió van ser seleccionades com a paràmetres clau d'estudi per a quantificar l'atenuació acústica i la contrapressió generada per cada dispositiu. Per a la caracterització experimental es van utilitzar instal·lacions i procediments de mesura ben establits. Per part seua, per al modelatge computacional es van emprar diferents enfocaments de simulació, com ara l'unidimensional, el CFD (tridimensional) i fins i tot la co-simulació 1D-3D, seguint en la mesura del possible el concepte o principi ``bessons digitals'' (virtual twinning), en programes comercials amb l'objectiu de replicar els resultats experimentals, a fi d'obtindre informació complementària i ajudar a aprofundir en la comprensió dels fenòmens interns, els efectes tridimensionals del flux i els efectes acústics. Previ a la caracterització minuciosa dels dispositius, es va verificar la validesa i significança de les mesures acústiques en condicions fredes (ambient), com les que s'anaven a prendre, per a representar els dispositius respecte a les seues condicions reals de funcionament, és a dir, exposats a flux calent i periòdic com en l'extrem calent de les línies de escapament on habitualment se situen els sistemes de post-tractament. Una vegada realitzada aquesta validació, per a cada sistema o dispositiu es van registrar mesures de caiguda de pressió per a un rang de cabals màssics, normalment entre 0 i 800 kg/h. De la mateixa manera, es van efectuar mesures de pèrdua de transmissió en condicions d'absència de flux i amb tres cabals màssics diferents superposats, en general 100, 200 i 300 kg/h. La informació produïda, després d'un cert post-processament, anàlisi per descomposició i comparatiu, sumat a l'ús del raonament inductiu van ser emprats per a quantificar i relacionar cada element amb els seus efectes. Addicionalment altres temes van ser avaluats, com el compliment de la propietat additiva en els resultats de caiguda de pressió i pèrdua per transmissió quan diversos dispositius de post-tractament es disposen junts formant un sistema, la importància real dels dispositius auxiliars que sovint són passats per alt, els canvis en els inicis de la vida útil d'un dispositiu amb filtre de partícules tipus GPF, els avantatges de realitzar anàlisis per descomposició en els resultats de pèrdua per transmissió, les capacitats dels models 1D i 3D CFD per a produir informació útil, i els beneficis eventuals de la co-simulació 1D-3D. En conjunt, es va elaborar una base de dades exhaustiva sobre la caiguda de pressió i la pèrdua de transmissió dels dispositius i sistemes de post-tractament més avançats. Les metodologies experimentals utilitzades, amb el seu corresponent post-processament, van demostrar ser adequades i produir informació significativa. Especialment després de la validació realitzada amb les mesures acústiques en condicions ambientals relatives a condicions similars a les reals en el motor. / [EN] Continuously tightening pollutant and noise emission regulations have been the key motivation for engine -and engine related technology- research, development and optimization. Such trend gave rise to the gradual introduction of after-treatment systems to reduce pollutant emissions in automotive applications. Experimental and modelling approaches were used to study and characterize the acoustic and fluid-dynamic behavior of a diverse set of state-of-the-art after-treatment systems and devices, covering a wide range of elements and characteristics representative of after-treatment applications of commercial use. Transmission loss and pressure drop were selected as the key parameters to account for the sound attenuation and back-pressure generated by each device. Well established measurement facilities and procedures were used for the experimental characterization. In parallel, 1D, 3D CFD and even coupled 1D-3D simulation approaches on the basis of the "virtual twinning" concept were implemented on commercial software, aiming to replicate the experimental results in order to provide additional information and help deepen the understanding of internal phenomena, three-dimensional flow and acoustic effects. Prior to the thorough characterization of the devices, the validity and significance of acoustic cold (ambient) condition measurements, as those to be taken, to represent the devices in their actual operating condition, i.e. hot and pulsating-flow as in the hot-end of exhaust lines were after-treatment systems are usually placed, was verified. Once such validation was done, for each system or device pressure drop measurements were performed for a range of mass flow rates, usually between 0 to 800 kg/h. Similarly, transmission loss measurements were performed at no-flow condition and with three different superimposed mean mas flow rates, commonly 100, 200 and 300 kg/h. The information produced, with some post-processing, decomposition and comparative analysis, and the use of inductive reasoning were used to account and relate each element with their effects. Additionally, some other topics were assessed, such as the compliance of the additivity property of pressure drop and the transmission loss when several after-treatment devices are arranged together as an after-treatment system, the actual importance of auxiliary devices often overlooked, the changes in the early service life of a device with a GPF monolith, the benefits of performing decomposition analysis to the transmission loss, the capabilities of 1D and 3D CFD to produce useful information and the eventual benefits of 1D-3D co-simulation. Overall, a comprehensive database on the pressure drop and transmission loss of state-of-the-art after-treatment devices and systems was produced. The experimental methodologies used, with their corresponding post processing, proved to be adequate and to produce significant information, especially after the validation of ambient condition acoustic measurements regarding engine-like conditions. / This research has been funded by the Programa de Ayudas de Investigación y Desarrollo PAID-01-19, from Universitat Politècnica de València (UPV), which granted my pre-doctoral contract. / Redondo Navarro, ÁR. (2023). Acoustic and Fluid-Dynamic Characterization of State-of-the-Art Exhaust After-Treatment Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194539

[ES] El aumento de las emisiones de CO2 en el sector del transporte ha sido continuo en estos últimos años debido principalmente a la carbonización del sector junto al aumento de la flota de vehículos. Este hecho tiene efectos adversos en la calidad medioambiental, siendo este gas uno de los principales constituyentes de los gases de efecto invernadero, contribuyendo así al calentamiento global. Para mitigar las emisiones de CO2, es necesario una política con estrictas regulaciones que conduzcan a la descarbonización del sector del transporte. En este sentido, la electrificación del sector del transporte es la principal vía para conseguir tales objetivos. Lamentablemente, pasar a la electrificación total del sector en un periodo relativamente corto de tiempo presenta ciertas dificultades, como son la alta demanda de electricidad renovable, la baja capacidad de las baterías, y la falta de estaciones de repuesto. Por ello, el uso de combustibles sintéticos obtenidos a partir de fuentes de energía renovables se presenta como una opción complementaria para ayudar a alcanzar los objetivos de reducción de emisiones de CO2, debido a que puede implementarse de forma más rápida. En la presente tesis doctoral se aborda la caracterización de dos combustibles sintéticos, OME1 y OMEX. Primeramente, se realizó un estudio para caracterizar la estructura de alta y baja temperatura de la llama de ambos combustibles bajo condiciones de referencia de la Engine Combustion Network (ECN) en una instalación de alta presión y temperatura. Posteriormente, se realizaron medidas en un motor óptico, evaluando el efecto que tiene la combinación del uso de mezclas de OMEX/diésel junto a geometrías de pistón no convencionales en la formación de hollín dentro del cilindro. El uso de geometrías de pistón no convencionales se usó debido a que en estudios usando diésel se consiguen reducciones de hollín al mejorar el proceso de mezcla aire-combustible. Por ello, se pretende analizar si ese efecto se obtiene igualmente en presencia de un combustible sintético como es el OMEX. Las instalaciones en las que se han realizado los distintos estudios presentan accesos ópticos. A través de ellos se han usado distintas técnicas de visualización, tanto basadas en laser, como en la propia radiación emitida por la llama. Como conclusiones, se podría resumir en que se ha visto que lo ya conocido sobre el proceso de combustión diésel puede ser aplicado a la combustión del OMEX, con el beneficio de que este es un combustible que no presenta estructura de precursores de hollín haciéndolo idóneo para aplicaciones reales de motor. A pesar de las incompatibilidades de este combustible con la infraestructura del motor, esta se soluciona usando mezclas con diésel, que, además, combinándolo con geometrías no convencionales de pistón se obtienen reducciones importantes de formación de hollín dentro del cilindro. / [CA] L'augment de les emissions de CO¿ en el sector del transport ha sigut continu en aquests últims anys degut principalment a la carbonització del sector al costat de l'augment de la flota de vehicles. Aquest fet té efectes adversos en la qualitat mediambiental, sent aquest gas un dels principals constituents dels gasos d'efecte hivernacle, contribuint així al calfament global. Per a mitigar les emissions de CO¿, és necessari una política amb estrictes regulacions que conduïsquen a la descarbonització del sector del transport. En aquest sentit, l'electrificació del sector del transport és la principal via per a aconseguir tals objectius. Lamentablement, passar a l'electrificació total del sector en un període relativament curt de temps presenta unes certes dificultats, com són l'alta demanda d'electricitat renovable, la baixa capacitat de les bateries, i la falta d'estacions de suministre. Per això, l'ús de combustibles sintètics obtinguts a partir de fonts d'energia renovables es presenta com una opció complementària per a ajudar a aconseguir els objectius de reducció d'emissions de CO¿, pel fet que pot implementar-se de forma més ràpida. En la present tesi doctoral s'aborda la caracterització de dos combustibles sintètics, OME1 i OMEX. Primerament, es va realitzar un estudi per a caracteritzar l'estructura d'alta i baixa temperatura de la flama de tots dos combustibles sota condicions de referència de la Engine Combustion Network (ECN) en una instal·lació d'alta pressió i temperatura. Posteriorment, es van realitzar mesures en un motor òptic, avaluant l'efecte que té la combinació de l'ús de mescles de OMEX/dièsel al costat de geometries de pistó no convencionals en la formació de sutge dins del cilindre. L'ús de geometries de pistó no convencionals es va usar pel fet que en estudis usant dièsel s'aconsegueixen reduccions de sutge en millorar el procés de mescla aïre-combustible. Per això, es pretén analitzar si aqueix efecte s'obté igualment en presència d'un combustible sintètic com és el OMEX. Les instal·lacions en les quals s'han realitzat els diferents estudis presenten accessos òptics. A través d'ells s'han usat diferents tècniques de visualització, tant basades en laser, com en la pròpia radiació emesa per la flama. Com a conclusions, es podria resumir en què s'ha vist que el ja conegut sobre el procés de combustió dièsel pot ser aplicat a la combustió del OMEX, amb el benefici que aquest és un combustible que no presenta estructura de precursors de sutge fent-lo idoni per a aplicacions reals de motor. Malgrat les incompatibilitats d'aquest combustible amb la infraestructura del motor, aquesta se soluciona usant mescles amb dièsel, que, a més, combinant-ho amb geometries no convencionals de pistó s'obtenen reduccions importants de formació de sutge dins del cilindre. / [EN] The increase in CO2 emissions in the transport sector has been continuous in recent years, mainly due to the carbonization of the sector, together with the increase in the vehicle fleet. This fact has adverse effects on environmental quality, being this gas is one of the main constituents of greenhouse gases, thus contributing to global warming. To mitigate CO2 emissions, a policy with strict regulations leading to decarbonizing the transport sector is necessary. In this regard, electrification of the transport sector is the main way to achieve such goals. Unfortunately, moving to full electrification of the sector in a relatively short time presents certain difficulties, such as high demand for renewable electricity, low battery capacity, and lack of refueling stations. Therefore, using synthetic fuels obtained from renewable energy sources is presented as a complementary option to help achieve CO2 emission reduction targets because it can be implemented more quickly. This doctoral thesis deals with characterizing two synthetic fuels, OME1 and OMEX. First, a study was carried out to characterize both fuels high and low temperature flame structures under reference conditions of the Engine Combustion Network (ECN) in a high-pressure and high-temperature installation. Subsequently, measurements were performed on an optical engine, evaluating the effect of combining the use of OMEX/diesel blends and unconventional piston geometries on in-cylinder soot formation. Non-conventional piston geometries were used because, in diesel studies, soot reductions are achieved by improving the air-fuel mixing process. Therefore, it is intended to analyze whether this effect is also obtained in the presence of a synthetic fuel such as OMEX. The facilities where the different studies have been carried out have optical accesses. Through them, different visualization techniques have been used based on laser and the radiation emitted by the flame. In conclusion, it could be summarized that it has been seen that what is already known about the diesel combustion process can be applied to the combustion of OMEX, with the benefit that this is a fuel that does not present a soot precursor structure, making it suitable for real engine applications. Despite the incompatibilities of this fuel with the engine infrastructure, this is solved by using blends with diesel, which, in addition, by combining it with non-conventional piston geometries, significant reductions in in-cylinder soot formation are obtained. / Tejada Magraner, FJ. (2023). Analysis of Fuel Effects on the Diffusive Flame Structure Using Advanced Optical Techniques in a Single Cylinder Optical Engine [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202376