Riassunto analitico
Nel contesto di decarbonizzazione della mobilità e del sostentamento energetico, una delle alternative più promettenti e oggetto di studio ad oggi è rappresentata dall’idrogeno, nella duplice accezione di motori a scoppio (H2-ICE) e celle combustibile (FC). Nel primo caso, nonostante i rendimenti superiori agli omologhi a combustibili fossili, una grossa barriera è sempre stata rappresentata dalla difficoltà nel far coesistere emissioni prossime allo zero (tipiche di dosature molto magre) e densità di potenza appetibili per il mercato attuale. Ostacoli che, come dimostrato sia dalla letteratura che dalle prove sperimentali, possono essere superati con l’adozione di sistemi di sovralimentazione, con la scelta di cicli a due tempi o con architetture alternative ancora poco esplorate come i motori a pistoni contrapposti.
Soluzioni che, però, spesso risulta difficile indagare in maniera sufficientemente accurata per via della scarsa disponibilità di dati sperimentali che possano validare i modelli di simulazione utilizzati.
Il presente lavoro di tesi, dunque, si prefigge l’obiettivo, in prima battuta, di calibrare in ambiente GT-Power (CFD-1D) un modello di combustione predittivo per l’idrogeno sulla base di dati sperimentali forniti da Punch Torino su un motore monocilindrico a quattro tempi e, successivamente, di utilizzarlo per studiare un motore pluricilindrico sovralimentato con ciclo due tempi.
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Abstract
In the context of decarbonization of mobility and energy sustenance, one of the most promising alternatives under study to date is represented by hydrogen, in the dual meaning of internal combustion engines (H2-ICE) and fuel cells (FC). In the first case, despite higher efficiency than their fossil fuel counterparts, a major barrier has always been represented by the difficulty in coexisting near-zero emissions (typical of very lean combustion) and power density attractive for the current market. Obstacles which, as demonstrated both by the literature and by experimental tests, can be overcome with the adoption of supercharging systems, with the choice of two-stroke cycles or with alternative architectures that are still little explored such as opposed piston engines.
Solutions which, however, are often difficult to investigate in a sufficiently accurate way due to the limited availability of experimental data that can validate the simulation models used.
This thesis work therefore aims, in the first instance, to calibrate a predictive combustion model for hydrogen in a GT-Power (1D-CFD) environment on the basis of experimental data provided by Punch Torino on a single-cylinder four-stroke engine and, subsequently, to use it to study a supercharged multi-cylinder engine with two-stroke cycle.
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