Descrizione del modulo "Strategie per l’ottimizzazione della combustione per motori a basse emissioni (ET.P02.004.001)"

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  • Descrizione del modulo "Strategie per l’ottimizzazione della combustione per motori a basse emissioni (ET.P02.004.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • - Riduzione dell'impatto ambientale ed uso razionale delle fonti energetiche convenzionali e rinnovabili per la propulsione marina e veicolare. - Formazione di risorse umane nel settore della diagnostica avanzata applicata ai processi termo-fluidodinamici di motori innovativi ad elevate prestazioni. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sviluppo di soluzioni innovative per propulsori ad elevata efficienza per applicazioni marine e veicolari. Le principali problematiche tecnico-scientifiche sono: 1. Fluidodinamica del sistema di aspirazione/scarico (coefficienti d'efflusso, swirl/tumble). Tecniche di diagnostica ottica ad elevata risoluzione spaziale/temporale in motori con accesso ottico per caratterizzare il campo di moto d'aria (LDA,PIV); 2. Impiego di tecniche diagnostiche non intrusive (PDPA, Imaging, PIV) per l'analisi della dinamica dello spray di combustibile, da sistemi di iniezione CR ad alta pressione operanti in modalità multi-injection, in condizioni evaporanti e in presenza di moto d'aria. 3. Meccanismi di combustione innovativi con l'impiego di miscele di combustibili da fonte rinnovabile e modalità dual fuel (diesel-gas naturale) per motori veloci nella propulsione marina. 4. Ottimizzazione dei parametri di controllo della combustione con l'obiettivo di migliorare l'efficienza e ridurre l'impatto ambientale. (literal)
Competenze
  • Il modulo si avvale di competenze integrate numerico/sperimentali nei settori della fluidodinamica e dell'acustica del sistema di combustione, dell'atomizzazione dei getti di combustibili e nella gestione dei principali parametri motoristici per la riduzione delle emissioni inquinanti nei m.c.i. Il know-how acquisito comprende la modellistica avanzata dei processi termo-fluidodinamici, tecniche di diagnostica ottica ad elevata risoluzione spaziale e temporale, elettronica di controllo per la gestione dei sistemi di iniezione innovativi ad alta pressione multi-injection, sistemi di analisi e controllo dell'efficienza della combustione e delle emissioni inquinanti. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La finalità delle attività è quella di contribuire allo sviluppo di: 1. Motori ad alte prestazioni e basse emissioni inquinanti idonei a soddisfare le future normative. 2. Utilizzo della diagnostica ottica avanzata per la comprensione e l' ottimizzazione dei processi nei m.c.i. (literal)
Tecnologie
  • I risultati e le tecnologie utilizzate si indirizzano all'analisi dei principali meccanismi di controllo della combustione e l'ottimizzazione dei parametri motoristici con l'obiettivo di sviluppare propulsori ad elevata efficienza e basso impatto ambientale. Utilizzo di motori con accesso ottico per la caratterizzazione re il processo di formazione della miscela aria-combustibile e la combustione. Le strategie di intervento, numerico/sperimentali, riguardano le modalità di controllo delle strategie d'iniezione e dell'impatto di combustibili alternativi da fonte rinnovabile sulle prestazioni motore, sulle emissioni inquinanti e vibro-acustiche di motori diesel nel campo della propulsione stradale e marina. (literal)
Obiettivi
  • Le principali finalità che il modulo si propone di conseguire sono l'approfondimento del know-how dei processi nei m.c.i. e le modalità di controllo della combustione per lo sviluppo di propulsori ad elevate prestazioni e basse emissioni inquinanti. Le strategie che si intendono impiegare prevedono attività integrate numerico/sperimentali per l'esplorazione del getto di combustibile e la sua interazione con la struttura del moto d'aria, le modalità di controllo dell'iniezione mediante strategie multiple rivolte all'efficienza del processo di combustione, meccanismi di combustione innovativi con l'utilizzo dell'EGR a temperatura controllata per la riduzione simultanea delle emissione gassose e di particolato. I principali target sono: 1. Database sperimentali per la convalida di modelli (atomizzazione, evaporazione e combustione) nei codici di calcolo multi-dimensionali. 2. Esplorazione di meccanismi di combustione innovativi con l'impiego di combustibili alternativi e loro impatto sull'efficienza e le emissioni. 3. Sviluppo di Tecnologie Dual Fuel (diesel-gas naturale). 4. Trasferimento del know-how al settore dell'industria motoristica per il trasporto veicolare e marino. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo scenario tecnologico dei m.c.i. in vista degli obiettivi Horizon 2020 impone lo sviluppo di soluzioni innovative in termini di accoppiamento propulsore-combustibili-sistemi di post trattamento per garantire vantaggi significativi sull'efficienza globale, la sostenibilità delle fonti energetiche e l'abbattimento delle emissioni. Oltre a ciò, negli ultimi anni l'esigenza della tutela dell'ambiente ha spinto il legislatore ad adottare misure di controllo più severe. Infatti, nel settore del trasporto marittimo i combustibili per la trazione marina subiranno una riduzione del tenore massimo di S ammesso dall'1,0% allo 0,1% entro il 2015. Le emissioni subiranno una significativa riduzione per la CO2, gli NOx, gli idrocarburi incombusti(HC) e gli ossidi di zolfo (SOx). Nel settore dei trasporti stradali lo stage EU-6b imporrà delle riduzioni significative sulle emissioni di NOx:80mg/Km contro i 180mg/Km dello stage EU-5b ed una ulteriore riduzione sul totale HC+NOx (170mg/Km) per i motori ad accensione per compressione. La tecnologia attuale per soddisfare i limiti prevede l'adozione di sistemi DOC+DPF abbinati a dispositivi che abbattono l'emissione di ossidi di azoto. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Banco a flusso \"steady state\" per la stima dei coefficienti di efflusso di condotti; - Banchi prova motori da 50 e 160 KW completi di sistemi avanzati di acquisizione e post-trattamento dati per l'analisi della combustione e delle emissioni inquinanti; - Impianto di generazione di aria compressa per pressioni fino a 0.4 MPa e portate d'aria fino a 850 Kg/h; - Motore \"Spray Engine\" con accesso ottico per esplorare il processo di formazione della miscela aria-combustibile in condizioni evaporanti; - Anemometria Laser Doppler (LDA) 2-componenti per misure puntuali della velocità di fluidi; - Phase Doppler Particle Analyzer (PDA) per misure simultanee della velocità e delle dimensioni di gocce di combustibile; - Imaging 2D per la visualizzazione di getti di combustibile in presenza di moto d'aria in condizioni evaporanti; - Velocimetria Laser per Immagini 2D (PIV) per la determinazione della distribuzione vettoriale della velocità di fluidi e delle gocce di combustibile; - Intensimetria acustica; - Codici di calcolo 1D/3D. (literal)
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