Υπολογιστική Μελέτη Στρατηγικών Έγχυσης Καυσίμου με Παρουσία Ανακυκλοφορίας Καυσαερίου σε Δίχρονο Ναυτικό Κινητήρα Diesel - Ξανθούλης, Νικόλαος (Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών, 2017)
Οι κανονισμοί του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού επιβάλλουν μείωση στις εκπομπές οξειδίων του αζώτου της τάξεως του 80% μέσα στα όρια των περιβαλλοντικά προστατευόμενων περιοχών. Το γεγονός αυτό ανάγκασε τη ναυτιλιακή βιομηχανία να βελτιώσει τον σχεδιασμό και τη λειτουργία των ναυτικών κινητήρων, έτσι ώστε να είναι συμβατοί με τους κανονισμούς. Η μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων από ναυτικούς κινητήρες Diesel μπορεί να επιτευχθεί εφαρμόζοντας τεχνικές γνωστές από την αυτοκινητοβιομηχανία, όπως οι στρατηγικές τμηματικής έγχυσης του καυσίμου και η ανακυκλοφορία καυσαερίου. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία, βασισμένη σε χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, ερευνά την επίδραση εναλλακτικών στρατηγικών έγχυσης καυσίμου σε συνδυασμό με ανακυκλοφορία καυσαερίου, ως προς τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου και σωματιδίων αιθάλης σε δίχρονο αργόστροφο ναυτικό κινητήρα Diesel στην περιοχή του πλήρους φορτίου. Αρχικά, βελτιστοποιείται το προφίλ έγχυσης με παρουσία πιλοτικής, κύριας έγχυσης και μετέγχυσης (τρεις παλμοί), κάνοντας χρήση Εξελικτικών Αλγορίθμων και της μεθόδου του μετώπου Pareto καθώς είναι ένα πρόβλημα πολυκρητηριακής βελτιστοποίησης. Ακολούθως, η χρήση βέλτιστου προφίλ έγχυσης συνδυάζεται με χρήση ανακυκλοφορίας καυσαερίου, σε διαφορετικά ποσοστά, έχοντας ως γνώμονα την αποφυγή αύξησης της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου. Η βελτιστοποίηση του τριπλού παλμού έγχυσης πραγματοποιείται με σύζευξη του κώδικα υπολογιστικής ρευστομηχανικής KIVA-3 με το λογισμικό βελτιστοποίησης EASY. Για τη λεπτομερή κατανόηση των φαινομένων ροής και καύσης, γίνεται χρήση οπτικής απεικόνισης του ροϊκού πεδίου, καθώς και χαρτών θερμοκρασίας – λόγου ισοδυναμίας καυσίμου - αέρα (χάρτες Τ-φ). Η έρευνα αυτή αφορά τον δίχορνο αργόστροφο ναυτικό κινήτηρα diesel RTflex-58T της εταιρίας Winterthur Gas and Diesel.Τα αποτελέσματα της μελέτης κατέδειξαν σημαντική μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων. Συγκεκριμένα, με χρήση βέλτιστου προφίλ έγχυσης καυσίμου τριών παλμών (χωρίς ανακυκλοφορία καυσαερίου) επιτυγχάνεται μείωση των εκπομπών οξειδίων του αζώτου κατά 23%, μείωση των σωματιδίων αιθάλης κατά 30%, και μικρή μείωση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου. Επίσης, ο συνδυασμός βέλτιστου τριπλού παλμού έγχυσης με χρήση ανακυκλοφορίας καυσαερίου, σε ποσοστά της τάξης του 25% έως 30%, μειώνει τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου πέραν του 70%, με μικρή αύξηση της ειδικής κατανάλωσης. Με τον συνδυασμό αυτόν, μπορεί να επιτευχθεί το όριο Tier-III των κανονισμών του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού.