Modelización fluidodinámica de conductos microdimensionales de alta rugosidad y geometría variable. Aplicación a sistemas de frenado en automoción

Resumen

La motivación inicial de esta tesis surge de un requerimiento tecnológico complejo de carácter industrial, específicamente para el sector de automoción, con el objetivo genérico de incluir modelizaciones y simulaciones precisas de complejos fenómenos microfluídicos y de interacción entre fluidos y estructuras elásticas, en modelos parametrizables de alta eficiencia de componentes reales, de sistemas mutifísicos y de vehículo completo, con capacidades incluso, de aplicación en tiempo real. La realización de este objetivo industrial exige la consecución inicial de una serie de objetivos científicos y de carácter metodológico que se exponen a continuación. Objetivos científicos: -Desarrollo de expresiones analíticas y de modelos paramétricos para la determinación de la resistencia hidráulica asociada a pérdidas viscosas en microconductos con superficies de elevada rugosidad. -Desarrollo de expresiones analíticas y de modelos paramétricos para la determinación de la resistencia hidráulica asociada a la presencia de partículas contaminantes de variada geometría en microconductos hidráulicos. -Desarrollo de expresiones analíticas y de modelos paramétricos de caracterización de la resistencia hidráulica asociada a pérdidas singulares en microconductos de geometría variable en su diseño y funcionamiento. Objetivos metodológicos: -Desarrollo de aproximaciones sistemáticas para integrar las expresiones y modelos de resistencia hidráulica de microconductos rugosos en modelos de parámetros concentrados de componentes y sistemas hidráulicos. -Desarrollo de aproximaciones sistemáticas para calcular, a partir de las funciones resistencia hidráulica asociadas a pérdidas singulares, el valor de caudales, distribuciones de presión y fuerzas de flujo en componentes hidráulicos con microconductos de geometría variable. Objetivos tecnológicos de aplicabilidad industrial: -Obtención de modelos parametrizados/herramientas de diseño de cilindros maestros de freno de automóvil que permitan predecir y analizar las fugas causadas por la elevadas rugosidades superficiales en los contactos de sus juntas de sellado. Dichos modelos deben ser integrables en modelos globales de sistemas multifísicos y vehiculares completos. -Obtención de modelos parametrizados/herramientas de diseño de cilindros maestros de freno que permitan predecir y analizar la influencia de fugas causadas por partículas contaminantes en la funcionalidad de las juntas de sellado y del sistema hidráulico de frenado en general. Al igual que los anteriores, dichos modelos deben ser integrables en modelos globales de sistemas multifísicos y vehiculares completos. -Obtención de modelos paramétricos/herramientas de diseño para la predicción de caudales y fuerzas de flujo en válvulas hidráulicas de ABS con conductos microdimensionales, integrables como bloques básicos en modelos de parámetros concentrados de unidades de control y vehiculares completos, capaces de reproducir su comportamiento dinámico en tiempo real. -Integración eficiente del conjunto de los modelos de parámetros concentrados de componentes desarrollados, en modelos generales de las unidades de control, del sistema de freno e incluso del vehículo global, con capacidades de simulación en tiempo real, para poder realizar el diseño y las verificaciones imprescindibles de los algoritmos de seguridad y control mediante técnicas hardware y software-in-the-loop y analizar el comportamiento global del vehículo.