Diseño de los sistemas de admisión y escape del Motor Rotativo de Combustión a Volumen Constante

Abstract

En este trabajo se optimizaron los sistemas de admisión y escape del Motor Rotativo de Combustión a Volumen Constante (MRCVC) utilizando herramientas de simulación computacional tales como ICESym (simulador 0D/1D de motores de combustión interna), OpenFOAM (herramienta CFD, por Computational Fluid Dynamics, de código abierto) y un optimizador basado en un algoritmo genético (AG) desarrollado con la librería DEAP (Python), entre otras. Primero, se desarrolló una librería de funciones para acoplar el AG con ICESym, permitiendo configurar, ejecutar y procesar datos del simulador. También se modificó ICESym, agregando un modelo de coeficientes de descarga (CD ) dependiente de la diferencia de presión y grado de apertura del puerto, permitiendo un mejor modelado del flujo de gas a través de los puertos. Se realizó una optimización inicial de la geometría de los puertos del MRCVC con valores de CD constantes, buscando maximizar el rendimiento volumétrico. La geometría resultante se modeló con un programa de diseño asistido por computadora (CAD por sus siglas en inglés) de código abierto, FreeCAD. Este resultado, junto con el estado termodinámico del gas obtenido de los datos de salida de ICESym, se utilizó para realizar flujometrías virtuales de los puertos en diferentes configuraciones empleando OpenFOAM, y así obtener el correspondiente mapa de CD. Este mapa se utilizó como retroalimentación del AG para una nueva optimización, logrando una geometría de puertos satisfactoria para el estado actual desarrollo del motor.

In this work, the intake and exhaust systems of the Constant Volume Combustion Rotary Engine were optimized using computational simulation tools such as ICESym (0D/1D internal combustion engine simulator), OpenFOAM (open-source CFD tool), and a genetic algorithm (GA) based optimizer developed with the DEAP (Python) library, among others. First, a library of functions was developed to couple the GA with ICESym, allowing configuration, execution, and data processing from the simulator. ICESym was also modified to include a discharge coefficient (CD) model dependent on pressure difference and port opening fraction, enabling better modeling of gas flow through the ports. An initial optimization of the engine port geometry was performed with constant CD values, aiming to maximize volumetric efficiency. The resulting geometry was modeled with an open-source computer-aided design (CAD) program, FreeCAD. This result, along with the gas ther- modynamic state obtained from ICESym output data, was used to conduct virtual flow measurements of the ports in different configurations using OpenFOAM, thereby obtaining the corresponding CD map. This map was used as feedback for the GA in a new optimization, achieving a satisfactory port geometry for the current state of engine development.