Θερμομηχανική ανάλυση μηχανής εσωτερικής καύσης με καύσιμο υδρογόνο
| datacite.contributor.RelatedPerson | Φιλιππάτος, Άγγελος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Σταυρόπουλος, Παναγιώτης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Νικολακόπουλος, Παντελής | |
| dc.contributor.author | Κανακάρης, Στυλιανός | |
| dc.contributor.other | Kanakaris, Stylianos | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-08T11:03:59Z | |
| dc.date.available | 2026-07-08T11:03:59Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-06 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | This diploma thesis focuses on the mechanical analysis of an internal combustion engine fueled by hydrogen, with emphasis on the investigation of cavitation phenomena developing in the compression piston ring as a function of the engine crank angle. The increasing need for emission reduction and the transition toward alternative fuels render hydrogen a particularly attractive solution, while simultaneously introducing new challenges regarding the mechanical and fluid dynamic behavior of the engine components.The analysis is carried out in the ANSYS environment through the development of a numerical model that takes into account the mechanical loading of the compression ring during engine operation. Cavitation phenomena are simulated using a multiphase approach, where the Volume of Fluid (VOF) method is employed to describe the evolution of the gaseous phase volume fraction within the lubricant medium. Fluid flow is described through the computational fluid dynamics Navier–Stokes equations as implemented in the CFD framework of Ansys.Different hydrogen–gasoline blending ratios are examined in the present study in order to investigate the influence of hydrogen concentration on engine operation and on the cavitation phenomena occurring in the compression ring region. In addition, a cavitation analysis associated with potential cylinder wall wear is conducted through the geometrical simulation of localized wear (“grooving”), aiming to evaluate the resulting changes in lubricant flow behavior and cavitation development.Furthermore, friction phenomena between contacting surfaces are modeled using the Greenwood–Tripp approach. Friction is incorporated into the numerical model through a C-language code integrated into Ansys, enabling a customized representation of the contact conditions. Through the numerical investigation, the occurrence and intensity of cavitation phenomena at different crank angle positions are identified and evaluated, along with their influence on the mechanical response of the compression ring | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32397 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | |
| dc.subject | Σπηλαίωση | |
| dc.subject | Τριβή | |
| dc.subject | Ελατήρια συμπίεσης | |
| dc.subject | Υδρογόνο | |
| dc.subject | Αριθμητική προσομοίωση | |
| dc.subject.alternative | Cavitation | |
| dc.subject.alternative | Friction | |
| dc.subject.alternative | Compression rings | |
| dc.subject.alternative | Numerical simulation (Ansys) | |
| dc.subject.alternative | Hydrogen | |
| dc.title | Θερμομηχανική ανάλυση μηχανής εσωτερικής καύσης με καύσιμο υδρογόνο | |
| dc.title.alternative | Thermomechanical analysis of an internal combustion engine fueled with hydrogen |