Analisi CFD dei processi di iniezione e combustione in motori 2T in configurazione “opposed piston” e “boxer” = CFD analysis of the injection and combustion processes in two-stroke engines in opposed piston and boxer configuration

La ricerca in ambito motoristico finalizzata alla diminuzione di emissioni dannose per il pianeta ha portato alla ricomparsa dell’idrogeno come alternativa all’uso dei combustibili fossili. Le ri-dotte dimensioni della molecola di idrogeno e la sua complessità nello stoccaggio hanno però ritardato la sua diffusione nel mondo dei motori a combustione interna e solamente negli ultimi anni hanno iniziato a diffondersi studi riguardanti il suo utilizzo come carburante alternativo. In questo lavoro di tesi, il software di simulazione CFD 3D CONVERGE viene utilizzato per simulare l’iniezione di idrogeno puro in forma gassosa all’interno di due differenti configurazioni di motore a due tempi, uno con layout opposed piston ed uno con geometria boxer. L’iniezione avviene mediante l’utilizzo di un sistema ad iniezione diretta, il cui costrutto matematico è stato preso da uno studio su un motore Sandia. A partire dai risultati delle simulazioni di lavaggio si effettuano quindi vari tentativi al fine di determinare l’orientamento dell’iniettore che garantisca il miglior miscelamento del carburante. Si prosegue infine con un primo tentativo di simulazione della fase di combustione con lo scopo di effettuare un paragone tra i due motori sulla base dei parametri prestazionali. Le simulazioni mostrano come orientare il getto di idrogeno in modo opposto al moto del fluido in camera favorisca la miscelazione del carburante rendendola più rapida ed omogenea. Dai risultati della combustione invece, si denota una maggior efficienza termica della configurazione opposed piston ma una maggior rapidità di combustione nella configurazione boxer. Si evidenziano inoltre alcune criticità del modello utilizzato per quest’ultima simulazione, utili ad eventuali studi futuri in merito all’argomento.