Investigación de la mezcla impulsada por vórtice en inyección directa de hidrógeno y amoníaco a baja presión

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la combustión ciencia de la combustión.
• Dinámica de fluidos computacional y dinámica de fluidos.
• Combustibles alternativos Los combustibles alternativos son los combustibles que se encuentran en el mercado.

Sus antecedentes:

• Los combustibles de hidrógeno-amoniaco ofrecen una alta densidad de almacenamiento y cero emisiones de carbono.
• Sus diferentes propiedades crean desafíos para la mezcla en el cilindro y la estabilidad de la ignición.
• Se exploran estrategias de inyección directa (DI) para superar estos desafíos.

Objetivo del estudio:

• Para analizar el flujo y el comportamiento de mezcla de mezclas de hidrógeno y amoníaco bajo condiciones de baja presión DI.
• Investigar el papel de la dinámica de vórtice en la mejora de la mezcla de combustible y aire y la estabilidad de la ignición.
• Para identificar las regiones óptimas para la ignición dentro del proceso de inyección directa.

Principales métodos:

• Se emplearon simulaciones tridimensionales de dinámica computacional de fluidos (CFD).
• Análisis de las inestabilidades de la capa de corte y generación de vorticidad baroclínica.
• Aplicación del criterio Q para identificar y analizar estructuras vórtices.

Principales resultados:

• La formación de vórtices sinérgicos y la cascada de turbulencias mejoran significativamente la mezcla de combustible y aire.
• La desintegración del anillo de vórtice promueve la liberación de combustible hacia el exterior, expandiendo la región de mezcla y mejorando la homogeneidad.
• Se identificó una "región de vórtice débil" con relaciones de equivalencia casi estequiométricas y energía cinética turbulenta moderada, ideal para la ignición.

Conclusiones:

• Las estructuras vorticales juegan un papel crucial en la mezcla y homogeneidad de las mezclas de combustible hidrógeno-amoniaco.
• La región de vórtice débil identificada representa una ubicación privilegiada para el desarrollo de núcleos de llama estables.
• Los hallazgos proporcionan una base teórica para optimizar la ignición y la preparación de mezclas en motores de hidrógeno-amoniaco de inyección directa.