水素は、重負荷の陸上およびオフロード、発電、海洋などの様々な分野で、内燃機関（ICE）応用における有望な脱炭素燃料として特定されています。水素ICEは高い出力密度と非常に低い排気ガスを達成できます。しかし、ガス燃料の混合、燃焼速度、燃焼制御が従来の製品とは異なるため、システムの設計には挑戦があります。

動力シリンダーコンポーネントの熱分布と温度を決定する能力は、ICEの設計と開発にとって常に重要です。SAE-2023-01-1675では、直接噴射された水素ガスを使用するように変換されたユーロVI HDディーゼルエンジンのための解析的なFEベースのツールと、FEおよびCFD手法を用いた検証が提示されました。本研究では、水素ICEに関する改訂された方法と調査が、ワスチニ熱伝達相関の適用性、CFD熱壁関数の利用、および修正された燃焼速度モデルを含めて提示されます。

ワスチニ相関の水素モデリングへの適用性は、いくつかの調査の対象となっています。本論文では、熱流束、最大ガスシリンダー圧力、構造的温度に対する影響を研究するために、ワスチニ相関の代替としてホーヘンベルク相関を使用することを調査します。

さらに本研究では、近壁解像度に大きな変動があるグリッド全体での正確な熱伝達予測を提供するために、Han-ReitzとUnified壁関数を組み合わせる新しいブレンディングアプローチを取り入れることで、3D CFD熱壁関数を修正しました。

以前の出版物(SAE 2023-01-0197)で提示されたリーンおよび超リーン水素火炎の層流火炎速度特性に対する熱拡散不安定性の変化の影響を考慮するために設計された新しいモデルが使用されました。この研究では、低温境界問題を克服するために、テーブル化手法が改善され、これにより高圧および高温における火炎特性の正確な推定が可能となりました。

シミュレーション結果は、前回の研究(SAE-2023-01-1675)からの利用可能な測定データから選択されたサブセットに対して提示されており、広範なエンジンスピード、負荷、燃料供給をカバーしています。

SAE 2023-01-0383
SAE Energy & Propulsion Conference & Exhibition, October 14-15, 2025で発表されました。