Sviluppo di una metodologia CFD 3D per la valutazione dell'impatto dell'utilizzo dell'idrogeno sulle prestazioni di motori endotermici alternativi ad alta potenza specifica equipaggiati con sistemi PWI

Lo studio si propone di verificare l’impatto dell’utilizzo dell’idrogeno sulle prestazioni di motori equipaggiati con sistemi Port Water Injection. Il motore di riferimento è un motore turbo compresso dotato di un iniettore di idrogeno DI, al fine di limitare rischio di preaccensioni nel condotto di aspirazione. Il punto di funzionamento è il pieno carico a massima potenza, 7000rpm. L’attività si propone di ricostruire un motore virtuale CFD 3D in grado di valutare l’impatto del nuovo combustibile in termini di prestazioni e che tenga in considerazione le principali azioni per mitigare l’alta reattività dell’idrogeno, come l'impiego di miscele molto magre o l'iniezione di acqua. Le simulazioni numeriche sono state svolte utilizzando il software CFD AVL FIRE M, per il quale è stata testata ed ottimizzata una metodologia di calcolo non ancora sperimentata in tale ambiente. Dopo un'introduzione inerente all'idrogeno e alla CFD, sono illustrate le metodologie e il setup della simulazione. Per quanto riguarda l'analisi dei risultati, sono prima state messe in luce le criticità della combustione di idrogeno senza misure precauzionali, con un focus sul knock, attraverso il confronto con una combustione GDI sullo stesso motore; in seguito, sono stati valutati gli effetti sulla fluidodinamica della carica e sulla combustione introdotti dalla PWI, con varie combinazioni di quantità d'acqua per ciclo e SOI dell'idrogeno. Per concludere, è stato stimato l'effetto della PWI sulla riduzione del rischio di preaccensione attraverso la definizione di un opportuno indice zero-dimensionale.