Descrizione del modulo "Meccanismi fondamentali di combustione omogenea per applicazioni motoristiche (ET.P02.002.007)"

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  • Descrizione del modulo "Meccanismi fondamentali di combustione omogenea per applicazioni motoristiche (ET.P02.002.007)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La caratterizzazione di combustibili \"innovativi\", in grado di ridurre l'impatto ambientale e ottimizzare l'utilizzo delle risorse energetiche, risponde ai bisogni vitali di una nazione avanzata. Da questo punto di vista, le ricadute sulla collettività sono ovvie, in termini economici e ambientali (soprattutto nelle aree ad alta urbanizzazione). Va anche sottolineato come la ricerca miri ad acquisire metodologie e conoscenze avanzate da trasferire su tipologie di prodotto ad alta tecnologia. L'incremento di competitività delle aziende italiane può essere letto anche in termini occupazionali, a conferma dell'impatto positivo delle attività proposte sulla collettività. (literal)
Tematiche di ricerca
  • • Utilizzo efficiente dell'idrogeno (puro o in miscela) in motori termici a bassissimo impatto ambientale. • Caratterizzazione dei meccanismi di combustione di idrogeno, metano e loro miscele in condizioni controllate. • Caratterizzazione dei meccanismi di combustione di biogas (CH4+CO2) e syngas (H2+CO) in condizioni controllate • Applicazione di diagnostica ottica allo studio dei processi chimico-fisici. (literal)
Competenze
  • I partecipanti all'attività vantano una pluriennale e consolidata esperienza circa la caratterizzazione dei processi fondamentali di combustione in condizioni controllate. Competenze di specifico interesse per l'attività in oggetto includono: • applicazione di diagnostica ottica con elevata risoluzione spaziale e temporale allo studio di processi di combustione, con particolare attenzione agli aspetti di acquisizione, digitalizzazione e trattamento di immagine. • studio dell'ignizione elettrica di miscele omogenee. Ulteriore elemento di focalizzazione delle attività è lo studio sull'impiego efficiente di miscele metano-idrogeno nei motori a combustione interna, precedentemente condotto nel modulo ET.P02.003.003. Tale attività ha consentito di delineare lo scenario delle problematiche aperte, in termini di meccanismi di base, processi di combustione, strategie di utilizzo. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La definizione delle caratteristiche di motori a combustione interna, in grado di utilizzare miscele ad elevato titolo di idrogeno, ovvero miscele derivanti dalla gassificazione di biomasse, permetterà la realizzazione di una nuova generazione di propulsori ad elevata efficienza e con impatto ambientale intrinsecamente basso. Ciò è particolarmente rilevante in un Paese come l'Italia che già possiede una importante rete di infrastrutture per l'utilizzo del gas naturale: un primo risultato potrebbe essere di fornire l'input al circolo virtuoso di implementazione della disponibilità-utilizzo in scala reale dell'idrogeno per applicazioni motoristiche; ulteriore output potrebbe consistere nella validazione di processi di gassificazione, con la conseguente possibilità di disegnare configurazioni di produzione combinata di energia, anche su piccola scala. (literal)
Tecnologie
  • L'approccio metodologico prevede la riproduzione su scala di laboratorio dei processi alla base del funzionamento di motori a c.i. ad accensione comandata. Tale approccio assicura massima flessibilità e pieno controllo delle condizioni operative. La sperimentazione avverrà variando i parametri ritenuti più significativi: • pressione • temperatura • rapporto aria-combustibile • tipologia e composizione della miscela combustibile (H2, CH4, CO, ...) • livello di omogeneità della carica • modalità di accensione. Analoga versatilità è consentita dagli schemi di diagnostica ottica, che sono \"disegnati\" ad-hoc, in funzione degli obiettivi e delle esigenze sperimentali. Lo stesso apparato sperimentale (reattore) può essere opportunamente modificato, laddove emerga la necessità di modalità operative non previste dall'attuale configurazione. (literal)
Obiettivi
  • I principali obiettivi dell'attività sono: • caratterizzazione della combustione di miscele CH4/H2 finalizzata ad applicazioni motoristiche • caratterizzazione della combustione di biogas e syngas finalizzata ad applicazioni motoristiche • valutazione di schemi non convenzionali di formazione della miscela e innesco della combustione In generale, l'attività è mirata alla generazione di informazioni sugli aspetti della combustione di idrogeno, metano e loro miscele, che rivestano un interesse specifico per l'applicazione in motori a c. i. Si intende generare una base di dati sperimentali, ottenuti in condizioni controllate, che possa fare da supporto per la simulazione numerica e costituire un riferimento per lo sviluppo di propulsori \"mirati\". (literal)
Stato dell'arte
  • La necessità di contenere le emissioni di CO2 qualifica il metano come combustibile di riferimento, avendo il più basso rapporto C/H (0,25). Ulteriori miglioramenti sono ottenibili con miscele CH4-H2: l'aggiunta di H2 a CH4, in percentuali fino al 30% in volume consentirebbe l'applicazione di sistemi e tecnologie correnti. Aumentare la percentuale H2 appare vantaggioso in termini di impatto ambientale, ma apre una serie di problematiche (scientifiche e tecnologiche) più affini all'utilizzo diretto di H2 nei motori a c.i. L'utilizzo di biomasse è fortemente incentivato dall'EC, poiché consente di diversificare le fonti energetiche, ridurre le emissioni di CO2 e contribuire allo sviluppo delle aree rurali. La composizione dei prodotti di gassificazione varia entro limiti significativi in funzione del processo e del \"feedstock\". Lo sviluppo di tecnologie ottimizzate per l'utilizzo di tali gas richiede la comprensione di dettaglio dei fenomeni di base (miscelazione, cinetica chimica, ignizione, propagazione di fiamma), attualmente non disponibili in maniera sistematica e/o nelle condizioni tipiche di sistemi reali. (literal)
Tecniche di indagine
  • L'attività, da condurre su scala di laboratorio, prevede l'utilizzo di reattori in cui riprodurre condizioni di temperatura e pressione tipiche di motori a c.i., in maniera controllata e ripetibile. La metodologia di indagine prevede il ricorso a tecniche di diagnostica ottica non intrusiva, basate su sorgenti di luce laser e su rivelatori a stato solido. In particolare, è prevista l'applicazione di shadowgrafia per la visualizzazione dei fronti di fiamma, e di fluorescenza di radicali significativi (OH e/o CH), per descrivere i processi con adeguata risoluzione spaziale e temporale. In sinergia con altri moduli della commessa, è previsto l'interfacciamento con le attività di prova motori al banco, nonché con quelle di simulazione numerica. (literal)
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