Моделювання згоряння водню в двигунах внутрішнього згоряння автомобільного транспорту
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2026-1(97)-32-38Ключові слова:
альтернативне паливо, водень, згоряння палива, моделювання, ДВЗ, автомобільний транспортАнотація
Шкідливі викиди від автомобільного транспорту, що споживає викопні палива, спонукає людство використовувати альтернативні палива. Україна розглядається як перспективний виробник «зеленого водню», тобто водню, який виробляється з води шляхом електролізу і використовує для цього електрику з відновлюваних джерел. Водень, як джерело енергії для автомобільного транспорту, може використовуватися різними способами: для автомобілів з ДВЗ, для якого водень є моторне паливо; для автомобілів з паливними комірками, які перетворюють хімічну енергію водню безпосередньо в електрику та тепло. Оскільки в сучасних автомобілях водневі паливні комірки працюють за температури приблизно 80 ℃, єдиними побічними продуктами є водяна пара та тепло. Двигуни з запалюванням від стиснення мають обмеження щодо роботи на водневому паливі. Температура стиснення в цих двигунах недостатньо висока для початку згоряння водню. Існує кілька викликів при впровадженні водневих двигунів, зокрема викиди NOx, які залежать від робочих граничних умов. EGR є одним із ефективних методів зниження рівня NOx. Традиційний EGR не підходить для водневого ДВЗ. Тому важливо вивчати вплив гарячого EGR на згоряння водню в ДВЗ. Метою даної роботи є моделювання згоряння водню в ДВЗ автомобільного транспорту з врахуванням EGR. Для цього були проаналізовані фізичні властивості водню, включаючи його теплоємність та ентальпію. Водень має суттєві відмінності порівняно з поширеними вуглеводнями: високий рівень вивільнення енергії на одиницю маси, дуже високу дифузійність та високу реактивність. Були проаналізовані рівняння збереження маси, збереження енергії і збереження складових частин, які використовуються для моделювання згоряння водню в ДВЗ в програмному середовищі Cantera. Було виконано моделювання викидів оксидів азоту в залежності від EGR та ступеню стиску. Було виявлено, що викиди оксидів азоту при роботі ДВЗ на водні за різних температур мають експоненціальну залежність від відсотку EGR. Хоча EGR сильно знижує NOx це призводить до суттєвих втрат енергії, особливо при підвищеній температурі. Оптимальна зона знаходиться при помірному EGR (5–10 %), де NOx ефективно знижується, але це відбувається при втраті потужності.
Посилання
Kolodnytska, R.V. and Shumliakivskyi, V.P. (2023), «Avtomobili na vodnevykh palyvnykh komirkakh: suchasnyi stan i perspektyvy», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (92), рр. 9–15, [Online], available at: http://ten.ztu.edu.ua/issue/view/17300
Barış, O. (2024), «Prediction of NOX emissions for hydrogen combustion engines using thermodynamical model in steady and transient conditions», International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 110, рр. 138–143, doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.02.113.
Ni, S., Cho, T.Y. and Hochgreb, S. (2025), «Effect of liquid droplets on premixed laminar acetone flames», Applications in Energy and Combustion Science, Vol. 23, doi: 10.1016/j.jaecs.2025.100354.
Mohd Yasin, M.F., Cant, R.S., Chong, C.T. and Hochgreb, S. (2014), «Discrete multicomponent model for biodiesel spray combustion simulation», Fuel, Vol. 126, рр. 44–54, [Online], available at: https://app.dimensions.ai/details/grant/grant.13027985
Dam, Q.T., Haidar, F., Mama, N. and Chennapalli, S.J. (2024), «Modeling and Simulation of an Internal Combustion Engine Using Hydrogen: A MATLAB Implementation Approach», Eng. Perspect., Vol. 4, рр. 108–118.
Abbass, A. (2026), «Numerical Transition from Diesel to Hydrogen in Compression Ignition Engines: Kinetics, Emissions, and Optimization with Exhaust Gas Recirculation», Fuels, Vol. 7, 9 р.
Yao, H., Sun, B., Tian, H. et al. (2014), «A Study of Hydrogen Internal Combustion Engine EGR System», SAE Technical Paper, Vol. 1, doi: 10.4271/2014-01-1071.
Fumey, B., Buetler, T. and Vogt, U.F. (2018), «Ultra-low NOx emissions from catalytic hydrogen combustion», Applied Energy, Vol. 213, рр. 334–342, doi: 10.1016/j.apenergy.2018.01.042.
Kolodnytska, R, Kravchenko, O., Gerlici, J. and Kravchenko, K. (2022), «The Effects of Biodiesel on NOx Emissions for Automotive Transport», Communications, Scientific Letters of the University of Zilina, Vol. 24 (1), рр. B59–B66, doi: 10.26552/com. C.2022.1.B59-B66.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 R.V. Kolodnytska
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
