Riassunto analitico
Lo scopo di questa tesi è l’ottimizzazione di un powertrain fuel cell ad idrogeno attraverso
analisi condotte con software di simulazione CFD-3D e software di calcolo 1D. La necessità di
dover affrontare l’imminente decarbonizzazione del settore trasporti, in vista degli obiettivi
fissati dalle istituzioni governative, ha spinto ad ulteriori analisi su tematiche esterne al sistema
veicolo, adottando l’oggettività offerta dall’approccio di neutralità tecnologica. Esso è da
ritenersi il filone principale seguito all’interno di questo elaborato, nel quale emerge
l’inestimabile know-how in sistemi propulsivi del gruppo di ricerca in cui questo lavoro è stato
svolto. L’ottimizzazione ha riguardato l’analisi delle performance prodotte dallo stack di celle
al variare delle condizioni operative di pressione, temperatura, umidità relativa e rapporto
stechiometrico d’alimentazione dei reagenti. In tal caso, il work flow intrapreso è quello
suggerito dall’approccio sistematico alla progettazione, con cui finalizzare risultati partendo
da livelli d’indagine generali per approdare, passo dopo passo, ai livelli particolari,
accarezzando ogni aspetto che la trattazione di tale sistema comprende.
In primo luogo, definite nove possibili combinazioni dei parametri sopra citati attraverso
l’applicazione del metodo delle matrici ortogonali di Taguchi, si è condotta una campagna
sperimentale tramite software CFD STAR-CCM+, da cui si è ricavato un ranking prestazionale
delle casistiche trattate. Successivamente l’analisi si è spostata sulla definizione di un foglio di
calcolo per il dimensionamento preliminare dei dispositivi ausiliari presenti nel Balance of
Plant di un comune sistema a celle di combustibile. I risultati prodotti a valle di tale fase hanno
restituito tre casi energeticamente ottimali.
Infine, nell’intento di offrire un quadro più completo possibile, si sono eseguite simulazioni di
un veicolo su software 1D GT-SUITE sul ciclo normativo WLTP, confrontando il
comportamento dello stack di celle nei tre casi. La possibilità offerta dall’utilizzo di differenti
software all’interno di un’unica ricerca ha permesso di ampliare le conoscenze in materia di
progettazione e validazione di sistemi di propulsione ad energia alternativa, offrendo spunti
interessanti nell’affrontare le sfide lanciate dalla definizione di una rinnovata mobilità.
|
