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Area Ingegneria
Assorbimento di idrogeno nei componenti dei motori a combustione interno alimentati ad idrogeno
Riferimenti PAOLO MATTEIS
Descrizione Recenti sviluppi nell'ambito della produzione di elettricità con fonti rinnovabili intermittenti e delle politiche pubbliche di riduzione delle emissioni di anidride carbonica hanno condotto ad un rinnovato interesse per l'uso dell'idrogeno come intermedio energetico, in particolare per applicazioni nell'ambito dei veicoli pesanti ed a lunga percorrenza (veicoli stradali pesanti, macchine da cantiere, treni, navi) e/o della generazione elettrica presso cantieri o luoghi isolati. In questo ambito vi è dunque interesse per lo sviluppo di motori endotermici alimentati ad idrogeno.
Questo richiede anche la verifica della compatibilità con l'idrogeno dei materiali metallici impiegati nei motori, in particolare rispetto ai rischi inerenti ai fenomeni di infragilimento da idrogeno, non solo di tipo ambientale, cioè determinati dall'esposizione superficiale all'idrogeno, ma anche di tipo interno, cioè determinati dall'assorbimento progressivo di idrogeno all'interno del metallo nel corso della vita del motore.
Nel lavoro di tesi, pertanto, si intende sviluppare un modello numerico della diffusione e dell'accumulo dell'idrogeno in soluzione solida all'interno dei componenti metallici che nel loro insieme costituiscono la camera di combustione. Per questo scopo si studieranno per via numerica prima dei casi semplificati, con pressione e temperatura costanti all'interno della camera di combustione e modelli molto semplificati della diffusione dell'idrogeno nel metallo, poi dei casi via via più realistici, con l'obiettivo di modellare in ultima analisi sia la variazione ciclica della temperatura e delle pressioni parziali all'interno della camera di combustione durante il funzionamento del motore (noti sulla base di studi precedenti), sia l'influenza delle trappole e dei gradienti di temperatura e di tensione idrostatica nella diffusione dell'idrogeno all'interno del metallo. Si utilizzeranno modelli molto semplici da un punto di vista geometrico e si concentrerà invece l'attenzione sulla modellazione del materiale (con particolare riferimento alla interazione tra la diffusione dell'idrogeno e le trappole), della condizione al contorno (cioè dello scambio di idrogeno tra metallo e gas) e dell'accumulo di idrogeno nel metallo a lungo termine (dopo un grandissimo numero di cicli).
Il lavoro di simulazione numerica sarà svolto mediante i programmi di calcolo disponibili nei laboratori didattici.
Scadenza validita proposta 21/04/2024
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