Analisi del cambiamento di fase nel flusso attraverso una strizione

I motori Diesel hanno conosciuto un enorme successo nel campo dell'autotrazione per via della loro durevolezza e dei bassi consumi, ma un'altra loro caratteristica è la notevole produzione di particolato e di ossido di azoto.
Pertanto proprio a causa del loro sempre più largo impiego si rende necessario uno studio approfondito sulle cause che portano a determinate emissioni inquinanti. Uno dei campi su cui si è focalizzata l'attenzione è quello costituito dal sistema di iniezione, che si è dimostrato determinante circa la formazione dello spray in camera di combustione e dunque per l'intero processo di combustione, dall'accensione alla produzione di inquinanti.

L'osservazione diretta del flusso attraverso un ugello di iniezione è impedita da diversi fattori, tra cui il più importante è costituito dalle dimensioni, in quanto tipicamente un iniettore ha una lunghezza di un millimetro ed un diametro di una frazione di millimetro. Tali dimensioni e la differenza di pressione fra ingresso ed uscita portano a delle velocità elevatissime, dell'ordine di centinaia di metri al secondo. Dunque il flusso all'interno di questi condotti è transitorio ed ha una durata di pochi millisecondi. Proprio per questo motivo l'utilizzo di software di simulazione fluidodinamica assume una importanza strategica in questa direzione.

Il più importante risultato ottenuto dall'impiego di tali software, è stato quello di accertare l'insorgere della cavitazione all'interno degli iniettori, fenomeno che ha un profondo impatto sul flusso e sulla formazione dello spray a valle. La cavitazione si sviluppa sulla superficie degli iniettori ed ha come effetto quello di costringere la quantità di moto, e pertanto il flusso di massa, a concentrarsi nella parte centrale della sezione del condotto.

I primi importanti risultati si ottennero studiando la cavitazione mediante iniettori trasparenti in scala ingrandita, variando la pressione a monte e a valle del condotto ed il rapporto lunghezza/diametro dello stesso. In tal modo si poté chiaramente evidenziare l'insorgenza della cavitazione e la formazione di bolle a causa della bassa pressione statica che si realizza in flussi ad alta velocità in prossimità del restringimento dovuto al condotto.