Optical engine design and optical imaging techniques in combustion engine research
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2023-05-15
Department
Major/Subject
Mechanical Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
115 + 23
Series
Abstract
New alternative carbon neutral fuels can be a key part of the solution to reduce greenhouse gas emissions in transportation and power plants to meet set goals of carbon neutrality by 2035 in Finland and “fit for 55” aspirations in EU for reduced GHG emissions by 2030. As such hydrogen is of major interest as a fuel for internal combustion engines, and also so at the combustion engine laboratory at Department of Mechanical Engineering Energy Conversion and Systems group at Aalto university at the moment. However, hydrogen combustion still requires much more research to understand better the phenomenon involved and to visualize, analyse and measure these phenomena in combustion engine. Optical engines provide excellent platform for this with many different optical imaging techniques. However, the current optical engine construction at Aalto limits the imaging techniques applicable and injection strategies are limited to port-fuel injection (PFI) for hydrogen studies. Therefore, in this thesis work the author has designed a new optical engine set-up to start studies on direct injection hydrogen combustion and also improved the optical access of the optical engine in a way that more imaging techniques are applicable for future at Aalto. The design is also partly manufactured and will be assembled in the near future. In the first chapter of the thesis a literature review of some of the most important imaging techniques available for optical engine combustion research and differences of the optical engine to full metal engines are highlighted. The second chapter acts as an introduction to the current optical engine and some of the previous studies done and problems with the current construction are highlighted and discussed. The third chapter introduces the main thesis workload of designing and manufacturing of the new improved optical engine set-up for future use at Aalto. Then at the end summary of the thesis and short discussion of the design validation is included.Uudet vaihtoehtoiset hiilivapaat ja hiilineutraalit polttoaineet voivat olla tärkeimpiä ratkaisuja vähentämään liikenteen ja energia sektorin kasvihuonepäästöjä päästääksemme Suomen hiilineutraalisuus tavoitteeseen vuoteen 2035 mennessä, sekä EU:n ”fit for 55” päästöjenvähennys tavoitteeseen vuoteen 2030. Vety polttoaineena on suuren mielenkiinnon alla polttomoottorikäyttöä ajatellen ja näin on myös Konetekniikan laitoksen Energiakonversio ja Systeemit ryhmän polttomoottorilaboratoriolla Aalto-yliopistolla. Vetykäyttöinen palaminen polttomoottorissa kuitenkin kaipaa vielä paljon lisätutkimuksia ymmärtääksemme paremmin ilmiöitä, joita palaessa tapahtuu. Optiset moottorit tarjoavat hyvän alustan näiden ilmiöiden tutkimiseen erilaisin optisin kuvausmenetelmien kautta. Nykyinen optisen moottorin rakenne Aalto-yliopistolla kuitenkin rajoittaa monien kuvausmenetelmien käytön sekä polttoaineen ruiskutus on rajoittunut vain imusarjan ruiskutukseen vedylle. Näin ollen diplomityön tekijä on työnään suunnitellut uuden optisen moottorin kokoonpanon vedyn suoraruiskutus tutkimusten aloittamista varten sekä parantaakseen kuvaus näkyvyyttä moottoriin, jotta useampia kuvausmenetelmiä olisi käytettävissä optiselle moottorille tulevaisuudessa Aalto-yliopistolla. Osa suunnitellusta kokoonpanosta on jo valmistettu ja asennus moottoriin tullaan tekemään lähitulevaisuudessa. Diplomityön ensimmäisessä luvussa on esiteltynä tärkeimpiä käytettyjä kuvausmenetelmiä optisen polttomoottorin tutkimuksessa sekä oleellisia eroavaisuuksia täysin metalliseen polttomoottoriin kirjallisuustutkielmana. Toinen luku esittelee nykyisen Aalto-yliopiston optisen polttomoottorin sekä tehtyjä tutkimuksia moottorilla ja moottorin rakenteen ongelmakohtia mainittuna. Kolmas luku esittelee diplomityön pääaiheena olevan uuden päivitetyn optisen moottorin kokoonpanon sekä sen valmistuksen tulevaisuuden käyttöön Aalto-yliopistolle. Lopuksi työstä on tehty yhteenveto ja päätelmiä kokoonpanon käytännöllisyydestä esitettynä.Description
Supervisor
Kaario, OssiThesis advisor
Cheng, QiangKeywords
optical imaging, optical engine, CAD, FEM, LIF, hydrogen
