Μελέτη τριβολογικής συμπεριφοράς ελατηρίου συμπίεσης σε μηχανές εσωτερικής καύσης οχημάτων, με χρήση υδρογόνου ως καύσιμο
| datacite.contributor.RelatedPerson | Φιλιππάτος, Άγγελος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Σταυρόπουλος, Παναγιώτης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Νικολακόπουλος, Παντελής | |
| dc.contributor.author | Τουργέλης, Σταύρος | |
| dc.contributor.other | Tourgelis Stavros | |
| dc.date.accessioned | 2025-03-05T10:02:26Z | |
| dc.date.available | 2025-03-05T10:02:26Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-04 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Hydrogen may emerge as the fuel of the future due to its combustion properties. Its use, as opposed to conventional fuels in applications such as internal combustion engines (ICE), will contribute to reducing carbon emissions and other greenhouse gases. Moreover, in the context of current geopolitical developments, hydrogen can serve as a key factor in decoupling human energy needs from finite fossil fuels. Therefore, the present diploma thesis examines the potential for utilizing hydrogen as a fuel in ICE by comparing it with gasoline (C8H18). Specifically, the study involves modeling the phenomenon of gas leakage (Blow-by) from the combustion chamber into the crankcase, focusing on the first compression ring of a four-stroke reciprocating engine. This phenomenon directly affects the engine's performance, lubricant and fuel consumption, and ultimately pollutant emissions. The objective of this modeling is to determine the pressure of the gases momentarily trapped behind the first compression ring as a function of the crank angle. This pressure used as an input value for a suitable CFD code, which allows the calculation of the minimum lubricant film thickness, through computational fluid dynamics analysis, as well as the friction developing between the tribological pair, compression ring / cylinder walls. To achieve even more realistic results, a combined thermal model was used to calculate the potential viscosity of the fuel-air mixture, based on the prevailing temperatures within the cylinder. The friction between the tribological pair leads to power losses and, consequently, increased fuel consumption in order for the engine to meet the corresponding operating conditions. Therefore, considering that these losses are estimated to be up to 5% of the total losses in ICE and that one third of the consumed fuel is used to compensating the friction, it is deemed necessary to develop this specific tribological model, compare the results with those for gasoline-powered ICE, and finally draw useful conclusions. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29194 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | |
| dc.subject | Υδρογόνο | |
| dc.subject | Βενζίνη | |
| dc.subject | Φαινόμενο blow-by | |
| dc.subject | Δυναμικό ιξώδες μείγματος καυσίμου-αέρα | |
| dc.subject | Τριβικό ζεύγος ελατήριο συμπίεσης-τοιχώματα κυλίνδρου | |
| dc.subject | Λίπανση | |
| dc.subject.alternative | Hydrogen | |
| dc.subject.alternative | Gasoline | |
| dc.subject.alternative | Blow-by | |
| dc.subject.alternative | Dynamic viscosity of fuel-air mixture | |
| dc.subject.alternative | Compression ring-liner conjunction | |
| dc.subject.alternative | Lubrication | |
| dc.title | Μελέτη τριβολογικής συμπεριφοράς ελατηρίου συμπίεσης σε μηχανές εσωτερικής καύσης οχημάτων, με χρήση υδρογόνου ως καύσιμο | |
| dc.title.alternative | Study of the tribological behavior of internal combustion engines vehicles compression ring, using hydrogen as fuel |