| dc.description.abstract | For å redusere utslippene innenfor maritim transport, har bruken av ammoniakk i forbrenningsmotorer blitt betraktet som en mulig løsning. Dette er utfordrende på grunn av de dårlige drivstoffsegenskapene samt at forbrenningen er svært utsatt for uønskede nitrogenutslipp som N2O og NOx. Ved direkte innsprøytning av flytende ammoniakk i motoren forventes forbedret ytelse og lavere uønskede utslipp sammenlignet med den mer utforskede gassinnsprøytningen. For å gjennomføre vellykkede motorsimuleringer, noe som er avgjørende for å drive motorutvikling og optimalisering, er nøyaktig modellering av ammoniakkspray viktig. I denne oppgaven ble det gjennomført simuleringer av ammoniakkspray fra Gasoline Direct Injection (GDI) injektorer under ulike termodynamiske forhold. Dette ble utført med flerfasesimuleringer i programvaren Converge 3.0. Numeriske modeller og injeksjonsparametre for å etterligne spray ble valgt basert på tilgjengelig litteratur og nylige eksperimenter for de ulike forholdene. Spray fra simuleringene ble sammenlignet med resultater fra et nylig eksperiment (Pelé et al. Fuels 2 (2021) 253-271). Det ble observert god overensstemmelse med eksperimentet når trykket i omgivelsene var over damptrykket til ammoniakk, både når det gjaldt lengde og form av sprayen. Imidlertid var det et betydelige avvik i oppnådde dråpestørrelser. For trykkforhold hvor væsken var tydelig overopphetet, var det store avvik i simuleringene sammenlignet med eksperiment når det kom til sprayens lengde. Videre modellutvikling er derfor nødvendig for å ta hensyn til den hurtige faseforandringen og følgende effekt på fordampning og oppløsning av dråper for slike trykkforhold. Bruken av spraymodellering ble også demonstrert i motorsimuleringer med forbrenning. Forskjellige innsprøytningsstrategier ble utforsket i en kombinert ammoniakk- og dieselmotor, og viktigheten av nøyaktig spraymodellering og bestemmelse av injeksjonsparametere ble understreket. | |
| dc.description.abstract | Ammonia is a potential carbonless fuel for use in internal combustion engines. However, the successful application is challenging due to the unfavourable fuel properties and concerns regarding nitrogen emissions, including N2O and NOx. Directly injecting liquid ammonia into the engine can improve performance and emissions characteristics compared to the more commonly investigated gaseous injection strategy. To run successful engine simulations, crucial to develop new injection strategies and for engine optimization, accurate modelling of the liquid ammonia spray is critical.
In this thesis, sprays from multi-hole Gasoline Direct Injection (GDI) injectors have been modelled under multiple thermodynamic conditions with the Eulerian-Lagrangian spray modelling approach and the software Converge 3.0. Based on the available literature and recent experiments, numerical models and injection parameters to replicate the spray behaviour for various conditions were selected. The numerically calculated vapor and liquid penetration length, droplet size, and spray shape were compared to experimental values (Pelé et al. Fuels 2 (2021) 253-271). Under subcooled conditions, the simulations reasonably replicated spray characteristics regarding penetration and shape. However, there was a noticeable discrepancy in the obtained droplet sizes. In strong flash boiling conditions, the simulation significantly underestimated the penetration lengths, and further model development is needed to capture the flash boiling effect on phase change and droplet breakup. Additionally, sprays were set up in an engine simulation with combustion to show the application of spray modelling. Various injection strategies in an ammonia/diesel dual-fuel engine were explored, and the importance of accurate spray modelling and the prescription of injection parameters was highlighted. | |
