氢气在包括重型公路、非公路、发电、海洋等许多领域的内燃机（ICE）应用中被认为是一种有前景的去碳化燃料。氢气内燃机可以实现高功率密度和极低的尾气排放。然而，也存在挑战，包括为气体燃料设计系统，该燃料具有特定混合、燃烧速率和燃烧控制需求，这可能与传统产品有所不同。氢气内燃机主要关注的污染物是氮氧化物（NOx），可以通过在非常稀薄的当量比下运行发动机和使用废气再循环（EGR）来解决。计算流体动力学（CFD）是模拟不同条件下燃烧特性的重要工具，如SAE 2023-01-0197 所述，它也可用于预测热负荷。在氢气作为替代燃料，用于全新设计的氢气内燃机设计和燃料转换实现时，确定动力缸组件的热分布和温度一直是内燃机项目设计和开发的关键需求。近年来，在用于燃烧和热预测的CFD分析工具的速度和准确性上取得了显著的进步，但这些依然存在的前置时间可能排除其在早期概念工作或参数研究中的使用。SAE 2022-01-0597 提出了一种新的基于有限元的分析工具，与3D CFD互补，使用物理模型和半经验相关计算热边界条件。这篇论文介绍了这种工具的扩展，以支持包括氢气在内的替代燃料，并在将欧六重型柴油发动机转换为氢气直喷气体运行时进行了验证。结果和测量数据在全负荷和部分负荷条件下进行了展示，包括通过λ值摆动研究不同当量比对结构温度的影响。

SAE 2023-01-1675
该研究于SAE 能源与推进会议及展览会，2023年11月7-9日上发表。