Numerical modeling of spray-assisted dual-fuel ignition

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Tämä väitöskirja lukeutuu laskennallisen fysiikan ja kemian tutkimusalaan. Painopisteenä on reaktiivisten polttoainesuihkujen mallintaminen polttomottoreissa laskennallisen virtausmeka-niikan ja kemian työkaluja hyödyntäen. Väitöskirja koostuu neljästä kansainvälisestä lehtijul-kaisusta, jotka kaikki käsittelevät ns. sekundääripolttoaineen suoraruiskutusta maakaasumoot-torin sytytysjärjestelmänä. Kyseisessä menetelmässä reaktiivista diesel-polttoainetta ruiskutetaan lyhyesti moottorin palotilaan, missä se puristuessaan syttyy ja mahdollistaa myös  maakaasu-ilmaseoksen syttymisen. Diesel-suihku toimii siis sytytystulpan korvikkeena. Maakaasun käyttö pääasiallisena polttoaineena polttomoottoreissa on herättänyt kiinnostusta viime vuosina. Maakaasun polttaminen hyödyntäen matalan lämpötilan palamistekniikoita mahdollistaa matalampien päästötasojen saavuttamisen. Maakaasu koostuu kuitenkin suureksi osin metaanista, joka itsessään on ilmastolle haitallinen kasvihuonekaasu. Vaillinainen palaminen kaasumoottorissa johtaa välittömiin metaanipäästöihin, heikentäen moottorin hyötysuhdetta, polttoainekustannuksia sekä kokonaisvaltaisia ympäristövaikutuksia. Ongelman välttämiseksi on kehitetty vaihtoehtoisia polttoaine-ilmaseoksen sytytystekniikoita, joista yllä kuvattu kaksoispolttoainekonsepti on tämän väitöskirjan aiheena. Tutkimuksen painopiste on ruiskutuksen mallintamisessa, polttoaineseoksen muodostumisessa sekä syttymisilmiön kartoittamisessa. Tässä työssä esitetään ensimmäinen laskennallinen malli kaksoispolttoainekonseptille käyttäen suurten pyörteiden menetelmää (LES) turbulenssin mal-lintamiseksi ja suoraa aikaintegrointia kemialle. Väitöskirjatyössä implementoitiin laskentamene-telmä yhdistäen kaksi modernia avoimen lähdekoodin ohjelmistoa nimeltään OpenFOAM ja pyJac. Kehitetyn laskenta-alustan avulla saavutettiin korkea paikkaresoluutio sekä laaja kemial-listen yhdisteiden määrä suhteessa aiempiin tutkimuksiin (62.5 mikrometriä, 97 yhdistettä ja 997 reak-tiota). Simulaatioiden lähtökohtana on "Engine Combustion Network" (ECN) Spray A-konfigu-raatio. ECN on kansainvälinen yhteistoiminnallinen organisaatio, joka mahdollistaa laajamit-taisen vertailun laskennallisten ja kokeellisten mittausten välillä diesel-polttoaineen tapauksessa. Tutkimustyön saavutuksia ovat: 1) Ensimmäinen kansainvälinen lehtijulkaisu syttymisestä kaksoispolttoainekonseptissa LES-lähestymistapaa käyttäen. 2) Toisiaan vahvistavat nolla-, yksi- ja kolmiulotteiset simulaatiot, jotka tarjoavat lisätietoa prosesseista liittyen dieselin syttymisviiveen pidentymiseen metaani-ilmaseoksissa. 3) Matalan ja korkean lämpötilan palamisen ominaisuuk-sien määrittäminen, joihin liittyvät matalan lämpötilan kemialliset reaktiot todettiin erityisen tärkeiksi. 4) Yhdessä kokeiden kanssa simulaatiot selittävät diesel-seoksen laihenemisen ja pidentyvän syttymisviiveen välillä olevan yhteyden.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösKahden polttoaineen syttymisen laskennallinen mallintaminen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8585-2
Sähköinen ISBN978-952-60-8586-9
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • diesel, metaani kaksoispolttoaine, syttyminen

ID: 34506579