Θερμομηχανική ανάλυση μηχανής εσωτερικής καύσης με καύσιμο υδρογόνο
Loading...
Date
2026-07-06
Authors
Κανακάρης, Στυλιανός
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μηχανική ανάλυσημηχανής εσωτερικής καύσης με καύσιμο το υδρογόνο, με έμφαση στη διερεύνηση των φαινομένων σπηλαίωσης που αναπτύσσονται στο ελατήριο συμπίεσης σε συνάρτηση με τη γωνία στροφάλου (crank angle) του κινητήρα. Η αυξανόμενη ανάγκη για μείωση των εκπομπών ρύπων και η μετάβαση σε εναλλακτικά καύσιμα καθιστούν το υδρογόνο μία ιδιαίτερα ελκυστική επιλογή, η οποία συνοδεύεται από νέες προκλήσεις ως προς τη μηχανική και ρευστοδυναμική συμπεριφορά των επιμέρους εξαρτημάτων της μηχανής.Η ανάλυση πραγματοποιείται σε περιβάλλον ANSYS μέσω της ανάπτυξηςαριθμητικού μοντέλου που λαμβάνει υπόψη τη μηχανική φόρτιση του ελατηρίου συμπίεσης κατά τη λειτουργία του κινητήρα. Τα φαινόμενα σπηλαίωσηςπροσομοιώνονται με πολυφασική προσέγγιση, όπου χρησιμοποιείται η μέθοδος Volume of Fluid (VOF) για την περιγραφή της εξέλιξης του κλάσματος όγκου της αέριας φάσης εντός του λιπαντικού μέσου. Η ροή του ρευστού περιγράφεται από τις εξισώσεις υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Navier–Stokes, όπως αυτές υλοποιούνται στο υπολογιστικό πλαίσιο CFD του Ansys.Στην παρούσα εργασία εξετάζονται διαφορετικά ποσοστά ανάμειξης υδρογόνου με βενζίνη, με στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης της περιεκτικότητας του υδρογόνου στη λειτουργία του κινητήρα και στα φαινόμενα σπηλαίωσης που εμφανίζονται στην περιοχή του ελατηρίου συμπίεσης. Παράλληλα, πραγματοποιείται μελέτη της επίδρασης πιθανής φθοράς των τοιχωμάτων του κυλίνδρου μέσω γεωμετρικής προσομοίωσης τοπικής φθοράς, ώστε να αξιολογηθεί η μεταβολή της ροής του λιπαντικού και η εμφάνιση συνθηκών σπηλαίωσης.Παράλληλα, τα φαινόμενα τριβής μεταξύ των επιφανειών επαφής προσεγγίζονται μέσω του μοντέλου Greenwood–Tripp. Η τριβή εισάγεται στο αριθμητικό μοντέλο με τη χρήση κώδικα σε γλώσσα C, ο οποίος ενσωματώνεται στο Ansys, επιτρέποντας την προσαρμοσμένη περιγραφή των συνθηκών επαφής. Μέσω της αριθμητικής διερεύνησης επιδιώκεται ο εντοπισμός και η αξιολόγηση της εμφάνισης και της έντασης των φαινομένων σπηλαίωσης σε διαφορετικές θέσεις της γωνίας στροφάλου, καθώς και η επίδρασή τους στη μηχανική απόκριση του ελατηρίου συμπίεσης.
Description
Keywords
Σπηλαίωση, Τριβή, Ελατήρια συμπίεσης, Υδρογόνο, Αριθμητική προσομοίωση