Μελέτη τριβολογικής συμπεριφοράς ελατηρίου συμπίεσης σε μηχανές εσωτερικής καύσης οχημάτων, με χρήση υδρογόνου ως καύσιμο
Loading...
Date
2025-03-04
Authors
Τουργέλης, Σταύρος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Το υδρογόνο δύναται να αναδειχθεί ως το καύσιμο του μέλλοντος, λόγω των ιδιοτήτων της καύσης του. Η χρήση αυτού έναντι των συμβατικών καυσίμων σε εφαρμογές, όπως οι μηχανές εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ), θα συμβάλλει στη μείωση των εκπομπών άνθρακα και άλλων αεριών του θερμοκηπίου. Επιπρόσθετα, στο πλαίσιο των σύγχρονων γεωπολιτικών εξελίξεων, το υδρογόνο μπορεί να λειτουργήσει ως σημαντικός παράγοντας στην απεξάρτηση των ανθρώπινων αναγκών από τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία είναι πεπερασμένα. Επομένως, η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τη δυνατότητα αξιοποίησης του υδρογόνου ως καυσίμου σε μηχανές εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ), μέσω σύγκρισης του με τη βενζίνη (C8H18).
Συγκεκριμένα, πραγματοποιείται η μοντελοποίηση του φαινομένου διαρροής αερίων (Blow-by) από τον θάλαμο καύσης προς τον στροφαλοθάλαμο, εστιάζοντας στο πρώτο ελατήριο συμπίεσης τετράχρονου εμβολοφόρου κινητήρα. Το φαινόμενο αυτό επηρεάζει άμεσα, την απόδοση της μηχανής, την κατανάλωση του λιπαντικού αλλά και του καυσίμου και τέλος τις εκπομπές ρύπων.
Στόχος της αριθμητικής μοντελοποίησης είναι ο προσδιορισμός της πίεσης των αερίων που εγκλωβίζονται στιγμιαία πίσω από το πρώτο ελατήριο συμπίεσης, ως συνάρτηση της γωνίας στροφάλου. Έπειτα, η εν λόγω πίεση χρησιμοποιείται ως τιμή εισόδου σε έναν κατάλληλο κώδικα CFD, ο οποίος, μέσω της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ανάλυσης, επιτρέπει τον υπολογισμό του ελάχιστου πάχους του λιπαντικού στρώματος καθώς και των αναπτυσσόμενων τριβών μεταξύ του τριβικού ζεύγους, ελατήριο συμπίεσης / τοιχώματα κυλίνδρου. Για την διεξαγωγή ακόμη πιο ρεαλιστικών αποτελεσμάτων, χρησιμοποιήθηκε συνδυαστικό θερμικό μοντέλο υπολογισμού του δυναμικού ιξώδους του μείγματος καυσίμου-αέρα, βασισμένο στις επικρατούσες θερμοκρασίες εντός του κυλίνδρου.
Οι τριβές μεταξύ του τριβικού ζεύγους τριβές οδηγούν σε απώλειες ισχύος και, κατ’ επέκταση, σε αυξημένη κατανάλωση καυσίμου, προκειμένου η μηχανή να ανταπεξέλθει στις αντίστοιχες συνθήκες λειτουργίας. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι απώλειες αυτές εκτιμάται ότι αντιστοιχούν έως και στο 5% των συνολικών απωλειών των ΜΕΚ και ότι το ένα τρίτο του καταναλισκόμενου καυσίμου διατίθεται για την αντιστάθμιση των τριβών, κρίνεται αναγκαία η κατασκευή του συγκεκριμένου τριβολογικού μοντέλου, η σύγκρισή των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα για ΜΕΚ βενζίνης και τέλος, της εξαγωγής χρήσιμων συμπερασμάτων.
Description
Keywords
Υδρογόνο, Βενζίνη, Φαινόμενο blow-by, Δυναμικό ιξώδες μείγματος καυσίμου-αέρα, Τριβικό ζεύγος ελατήριο συμπίεσης-τοιχώματα κυλίνδρου, Λίπανση