MODELLAZIONE 0D DI UN MOTORE SPARK IGNITION CON PRECAMERA ALIMENTATO A IDROGENO

Il presente lavoro di tesi affronta lo sviluppo e la validazione di un modello numerico di un motore ad accensione comandata alimentato a idrogeno, equipaggiato con sistema di accensione a precamera passiva, con l’obiettivo di migliorare la stabilità della combustione ed estendere il funzionamento in condizioni di miscela magra. Lo studio si inserisce nel contesto della decarbonizzazione del settore dei trasporti, in cui l’idrogeno rappresenta un vettore energetico promettente a basse emissioni di carbonio. L’obiettivo principale del lavoro è la modellazione della spark ignition in condizioni di miscela magra. I dati sperimentali utilizzati derivano da un motore monocilindrico di ricerca da 250 cm3 ad accesso ottico, originariamente progettato per funzionamento a benzina e successivamente convertito all’alimentazione a idrogeno. I cicli di pressione in camera sono stati elaborati per ottenere andamenti medi in diverse condizioni operative caratterizzate da differenti rapporti di eccesso di aria (λ = 1.55, λ = 1.87, λ = 2.21). In questo contesto è stato sviluppato un modello zero-dimensionale in ambiente Cantera. Particolare attenzione è stata dedicata alla modellazione dell’innesco, rappresentato tramite un approccio basato sull’iniezione di specie radicaliche reattive nella precamera, al fine di riprodurre gli effetti chimici della scintilla senza modellare esplicitamente la scarica elettrica. Il modello include la cinetica chimica dettagliata della combustione dell’idrogeno e tiene conto degli scambi di massa ed energia tra camera principale, precamera e volumi di crevice. La calibrazione è stata effettuata mediante una procedura di ottimizzazione in due fasi sui dati motored, seguita da una taratura dei parametri di innesco per le condizioni con combustione. I risultati numerici mostrano una buona concordanza con i dati di misurazione sperimentale forniti caratterizzanti il caso studio, evidenziando la capacità del modello di riprodurre correttamente l’evoluzione della combustione e i gradienti di pressione al variare delle condizioni operative. Nonostante le semplificazioni intrinseche di un modello 0D, l’approccio adottato si dimostra efficace per l’analisi dei fenomeni combustivi e per studi parametrici.