Väitös konetekniikan alalta DI Mahmoud Gadalla

Ilmastonmuutos on erittäin ajankohtainen ja akuutti ongelma. Monia toimenpiteitä on jo tehty fossiilipohjaisen hiilidioksidin (CO2) päästöjen hillitsemiseen, erityisesti energiasektorilla. Palamistutkimusyhteisössä eräs suuri tavoite on etsiä hiilineutraaleja ratkaisuja, jotka lieventävät ilmastonmuutoksen vaikutuksia raskaan teollisuuden ja merenkulun polttomoottoreissa. 

Tämä väitöskirja kuuluu laskennallisen palamisfysiikan ja virtausdynamiikan tutkimusalueisiin. Sen pääpaino on mallintaa ja simuloida diesel-sprayn avustamaa vaihtoehtoisten polttoaineiden syttymistä. Tutkimuksessa tarkastellaan metaanin, metanolin ja vedyn syttymistä. Tällä hetkellä spray-avusteisen palamisprosessin fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia vaihtoehtoisilla polttoaineilla ei tunneta hyvin. Tällaisia näkökohtia tutkitaan tarkemmin tässä väitöskirjassa, jonka tulokset ovat luonteeltaan numeerisia. Käytetyt numeeriset mallinnuslähestymistavat ovat teknisesti haastavia, sillä ne edellyttävät monimutkaisten kaasuvirtausten mallintamista. Virtaukset ovat turbulenttisia ja niissä on olomuodonmuutoksia sekä kemiallisia reaktioita moottoriolosuhteissa. 

Väitöskirjaan sisältyy neljä tutkimusartikkelia, jotka tutkivat erilaisten vaihtoehtoisten polttoaineiden palamisominaisuuksia, kun niitä sytytetään diesel suihkulla. Julkaisussa I validoitiin numeerinen mallinnustapa ja mallinnusoletukset referenssi diesel sprayn tapauksessa. Julkaisussa II tutkittiin metanolin syttymisominaisuuksia vaihtoehtoisena polttoaineena suhteessa metaaniin, kun niitä sytytetään diesel suihkulla. Havaitut haasteet metanolin syttymiselle jatkotutkittiiin julkaisussa III. Siinä metanoliin sekoitettiin vetyä, jonka havaittiin helpottavan metanolin syttymistä ja laajentavan metanolin käyttöaluetta. Lopuksi julkaisussa IV keskityttiin syttymisen jälkeisiin ajanhetkiin erittäin korkean resoluution lokaalilla simuloinnilla, jolloin pystyttiin numeerisesti todentamaan liekkirintaman syntyminen. Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä väitöskirja luo osaltaan uutta ymmärrystä vaihtoehtoisten polttoaineiden sytyttämiselle sekä liekkirintaman synnylle hyödyntäen korkean tarkkuuden numeerista simulointia.Climate change is a real problem that the world is currently facing. Various efforts have been dedicated to curb the fossil-derived carbon dioxide (CO2) emissions, especially in the energy sector. In the research community of internal combustion engines (ICE), a major aim is to seek carbon-neutral pathways that mitigate climate change effects for ICE in heavy industry and marine shipping applications.

Väittelijän yhteystiedot  mahmoud.gadalla@aalto.fi   tel +358504720381