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Studio CFD di un motore ad idrogeno, alimentato con iniezione diretta a bassa pressione
No full textLa strategia di formazione della miscela è un fattore chiave nei motori a combustione interna alimentati ad idrogeno.
La formazione esterna della miscela (iniezione indiretta) consente eccellente omogeneità della miscela e sfruttamento pressoché completo della bombola di stoccaggio del combustibile (bassa pressione residua). Tuttavia l’ingente volume specifico dell’idrogeno comporta bassa densità energetica e quindi modesta potenza specifica. L’uso di idrogeno liquido, grazie alla sua bassa temperatura ed al calore latente di evaporazione, consente sia di incrementare la densità energetica della miscela che di allontanare i rischi di preaccensione e ritorno di fiamma, ma richiede sofisticate e costose tecnologie. La formazione interna della miscela (iniezione diretta) assicura elevata densità energetica della carica ed evita ritorni di fiamma, ma non elimina il rischio di preaccensioni.
Questo articolo presenta una possibile soluzione di iniezione diretta di idrogeno, la quale ha il pregio di richiedere pressioni di adduzione, quindi anche residue di stoccaggio, relativamente modeste. Poiché l’iniezione deve terminare sufficientemente presto da consentire alla carica di miscelarsi e, in ogni caso, prima che la pressione nel cilindro raggiunga quella di adduzione dell’idrogeno, sono necessarie elevate portate istantanee. Gli elettroiniettori disponibili in commercio non permettono le portate richieste ed inoltre non garantiscono l’elevata tenuta necessaria a contrastare la forte tendenza a trafilare dell’idrogeno. Si è quindi pensato di immettere l’idrogeno nel cilindro tramite una valvola attuata meccanicamente. A monte della valvola si trova un piccolo serbatoio in cui l’idrogeno viene addotto tramite un normale eletroiniettore (per iniezione indiretta di metano) la cui portata risulta adeguata, giacché esso può rimanere aperto per un ampio intervallo di angolo di manovella (al limite l’intero ciclo).
Si riportano le simulazioni CFD che stanno conducendo alla realizzazione di un prototipo monocilindrico, derivato dal motore motociclistico Yamaha YZF 450
Stable Fuel Confinement in Stratified Charge GDI Engines
No full textDirect fuel injection combined with charge stratification represents a must for two-stroke S.I. engines, since it prevents fuel loss from the exhaust port and incomplete combustion or misfire at light loads. The most difficult aims are keeping stable stratification when engine operating conditions change and, at very light loads, avoiding excessive dilution and spreading of fuel vapour in consequence of burned gas expansion. Two new-concept engine designs are proposed in this paper. In both cases shapes of piston and head, together with scavenging-duct orientation have been optimised to obtain stable in-cylinder flow field features (independently of engine speed) and proper fuel distribution at ignition time. Computational Fluid Dynamics (CFD) predictions at different loads and speeds are reported and discussed
Codice KIVA: mglioramenti nella previsione del particolato diesel
No full textUtilizzando il codice KIVA con il modello di ossidazione del particolato di Nagle Strikland-Constable, da un precedente lavoro sono risultati consistenti scostamenti dei valori calcolati da quelli misurati delle emissioni di particolato carbonioso, con eccessivi livelli calcolati per i carichi alti e viceversa livelli troppo bassi per i carichi ridotti. Per indagare sulle cause ditali scostamenti, vengono esaminate, per differenti carichi, gradi di sovralimentazione e velocità di rotazione del motore, sia la sensitività delle emissioni calcolate alle temperature di parete, sia l’influenza del modello di ossidazione, confrontando il modello di Nagle Strikland-Constable, empirico e puramente cinetico, con il modello di Magnussen, basato sulla velocità di dissipazione dei vortici turbolenti. Né l’influenza delle temperature di parete, né il tipo di modello di ossidazione scelto paiono essere la causa primaria degli errati valori calcolati
Simulazione dell'evaporazione spray diesel: modifiche al codice kiva
No full textSi descrivono le prime fasi di una ricerca riguardante l’implementazione del codice KIVA per una più realistica simulazione dell’evaporazione di spray diesel, con l’obiettivo finale di prevedere in modo attendibile l’andamento della combustione e l’emissione di inquinanti dallo scarico
Hybrid CFD-source terms modelling of a diffuser-augmented vertical axis wind turbine
Full text linkIn order to reduce the calculation time in the analysis of a diffuser augmented H-Darrieus wind turbine (DAWT), a
hybrid CFD-source terms 2D approach, relying on a new experimental-based dynamic stall model, was adopted.
This method consists in solving the blades load by means of an analytic model, whereas the overall flow field is
calculated through a simplified CFD. The new model was compared with a complete CFD exhibiting a satisfying
agreement both for the case of a bare turbine and an unoptimized DAWT. By virtue of the rapidity of the new
model, an optimization analysis of the diffuser design was carried out. A great power gain was achieved, thanks to
unexpected aerodynamic phenomena, but an even greater increase of the frontal area was necessary. The critical
issues of the modelling approach and the proposed DAWT are discussed
Implementation of a novel hydrogen direct-injection concept in single and multi-cylinder engines: CFD, experimental and engine powertrain design studies
No full textA novel low-pressure hydrogen direct-injection system, characterised by low storage residual pressure and simple mechanical solutions, has been implemented in single and multi-cylinder engines. Based on two-step operation, this system keeps hydrogen metering apart from injection. The first step relates to the system with constant H2 flow rate and variable opening duration. The second step is characterised by variable H2 flow rate and constant angular duration. A prototype has been realised modifying a single-cylinder production engine, following the results of a wide CFD activity during which in-cylinder hydrogen injection and mixing phases have been simulated to investigate how valve and seat-valve geometries affect mixing characteristics. The prototype engine ran properly at full load, without pre-ignition, knocking or roughness even with stoichiometric or slightly rich mixtures, providing higher maximum power than with gasoline. At part load the engine worked correctly even with very lean mixtures. Current research is directed to explore the feasibility of applying the two-step injection concept in a multi-cylinder engine. The CFD analysis together with the design study aimed to integrate the injection system in the engine powertrain are shown and discussed
Improving the performance of wind turbines in urban environment by integrating the action of a diffuser with the aerodynamics of the rooftops
Full text linkWe investigated the effectiveness of combining the concentration effects generated by a dual-pitched roof and a diffuser-shaped wall mounted over a Darrieus turbine, which is rooftop mounted with horizontal shaft running close to the roof ridge. A2D CFD study was carried out in three steps: (1) we predicted the turbine basic performance with and without a convergent-divergent diffuser in a infinite and undisturbed domain; (2) the behavior of the concentration system on the rooftop were simulated in a simplified urban contest; (3) we improved both the operating conditions and the domain geometry to make them more similar to realistic urban environments. The simulations are performed by means a fully URANS since both the turbine aerodynamic forces and the urban wind field are simulated. Results show that by integrating the actions of rooftop and diffuser a significant power increasing is obtained in skewed winds. Moreover, the diffuser allows a drastic abatement of torque fluctuations
Engine Experimental Results with hydrogen Two-Step Direct Injection
No full textIn hydrogen-fuelled internal combustion engines, port fuel injection, compared to direct
injection, allows higher range and is less expensive and more adaptable to existing engines,
but leads to lower specific power and may cause backfire and pre-ignition. Conversely, direct
injection is more complex and expensive, but provides even higher specific power than with
gasoline, prevents backfire and makes pre-ignition less probable.
The benefits of direct injection are added to those of port fuel injection in an innovative lowpressure
(12 bar rail pressure) direct-injection system that is shown in this paper. The
injection is accomplished in two steps: first an electroinjector meters hydrogen and feeds a
small intermediate chamber, then the hydrogen stored in the intermediate chamber is timely
injected into the cylinder by a mechanically actuated valve.
The prototype was obtained modifying a production single-cylinder 650 cm3 engine for
motorcycles.
Experimental results show proper engine operation, without pre-ignition, knocking or
roughness even with stoichiometric or slightly rich mixtures. Maximum power was higher
than with gasoline
Studio della camera di combustione per un motore a due tempi ad a.c. con iniezione diretta liquida
No full textIl processo di formazione della miscela in un motore a due tempi di 200 cm3 ad iniezione diretta liquida è stato simulato con il codice KIVA3v considerando varie forme della camera di combustione e posizionamenti dell’iniettore. Si è potuto verificare che camere convenzionali, siano simmetriche a “cappello di prete” siano con calotta decentrata a “cappello di fantino”, non danno buone caratteristiche di stratificazione, perché la distribuzione del combustibile e la localizzazione della zona ricca variano sensibilmente al variare delle condizioni di funzionamento del motore. Si sono pertanto ideate forme diverse della camera di combustione, con l’intento di ottenere migliori risultati. In questo lavoro vengono presentate le forme considerate inizialmente
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