Mitigación del golpeteo y mejora de la potencia del motor de encendido por chispa de hidrógeno a través de la mezcla de amoníaco
Autores: Ge, Haiwen; Bakir, Ahmad Hadi; Zhao, Peng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Mitigación del golpeteo y mejora de la potencia del motor de encendido por chispa de hidrógeno a través de la mezcla de amoníaco
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Hidrógeno
Amoníaco
Velocidad de llama
Golpeteo del motor
Tasa de liberación de calor
Relación de mezcla
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
El hidrógeno y el amoníaco son combustibles primarios libres de carbono que tienen un enorme potencial de producción. En cuanto a sus propiedades de llama, estos dos combustibles representan en gran medida los dos extremos entre todos los combustibles. La velocidad de llama extremadamente rápida del hidrógeno puede llevar a una fácil transición de deflagración a detonación y causar golpeteo tipo detonación en el motor, lo que limita la relación de equivalencia global y, en consecuencia, la potencia del motor. La velocidad de llama y la reactividad muy bajas del amoníaco pueden llevar a una baja tasa de liberación de calor y causar dificultades en la ignición y deslizamiento de amoníaco. Agregar amoníaco al hidrógeno puede modular efectivamente la velocidad de la llama y, por lo tanto, la tasa de liberación de calor, lo que a su vez mitiga el golpeteo del motor y mantiene la naturaleza cero carbono del sistema. Sin embargo, un problema clave que sigue sin aclararse es la proporción de mezcla de NH que proporciona la tasa de liberación de calor, el nivel de emisiones y la potencia del motor deseados. En el presente trabajo, se lleva a cabo un estudio de combustión computacional en 3D para buscar la mezcla óptima de hidrógeno/amoníaco que esté libre de golpeteo y, al mismo tiempo, permita suficiente potencia en una configuración típica de motor de encendido por chispa. Se realizan estudios paramétricos con diferentes relaciones de equivalencia global y mezclas de hidrógeno/amoníaco. Los resultados muestran que con la adición de amoníaco, se puede evitar el golpeteo del motor, incluso en condiciones de operación estequiométricas. Debido al aumento de la relación de equivalencia global y al amoníaco añadido, se incrementa el contenido energético de la carga atrapada, así como la producción de trabajo por ciclo. Se puede alcanzar aproximadamente el 90% de la producción de trabajo de un motor de gasolina puro bajo las mismas condiciones con mezclas de hidrógeno/amoníaco. El trabajo muestra un gran potencial del combustible mezclado o del combustible dual hidrógeno/amoníaco en motores SI de alta velocidad.
Descripción
El hidrógeno y el amoníaco son combustibles primarios libres de carbono que tienen un enorme potencial de producción. En cuanto a sus propiedades de llama, estos dos combustibles representan en gran medida los dos extremos entre todos los combustibles. La velocidad de llama extremadamente rápida del hidrógeno puede llevar a una fácil transición de deflagración a detonación y causar golpeteo tipo detonación en el motor, lo que limita la relación de equivalencia global y, en consecuencia, la potencia del motor. La velocidad de llama y la reactividad muy bajas del amoníaco pueden llevar a una baja tasa de liberación de calor y causar dificultades en la ignición y deslizamiento de amoníaco. Agregar amoníaco al hidrógeno puede modular efectivamente la velocidad de la llama y, por lo tanto, la tasa de liberación de calor, lo que a su vez mitiga el golpeteo del motor y mantiene la naturaleza cero carbono del sistema. Sin embargo, un problema clave que sigue sin aclararse es la proporción de mezcla de NH que proporciona la tasa de liberación de calor, el nivel de emisiones y la potencia del motor deseados. En el presente trabajo, se lleva a cabo un estudio de combustión computacional en 3D para buscar la mezcla óptima de hidrógeno/amoníaco que esté libre de golpeteo y, al mismo tiempo, permita suficiente potencia en una configuración típica de motor de encendido por chispa. Se realizan estudios paramétricos con diferentes relaciones de equivalencia global y mezclas de hidrógeno/amoníaco. Los resultados muestran que con la adición de amoníaco, se puede evitar el golpeteo del motor, incluso en condiciones de operación estequiométricas. Debido al aumento de la relación de equivalencia global y al amoníaco añadido, se incrementa el contenido energético de la carga atrapada, así como la producción de trabajo por ciclo. Se puede alcanzar aproximadamente el 90% de la producción de trabajo de un motor de gasolina puro bajo las mismas condiciones con mezclas de hidrógeno/amoníaco. El trabajo muestra un gran potencial del combustible mezclado o del combustible dual hidrógeno/amoníaco en motores SI de alta velocidad.