bakalářská práce

Přímé spalování vodíku

Text práce 1.72 MB

Autor práce: Bc. Lukáš Veger

Ak. rok: 2023/2024

Vedoucí: Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Oponent: Ing. Matěj Poulíček

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá srovnáním vodíku jako paliva pro spalovací motor vůči konvenčním palivům použitým ve vozidlech. Srovnávanými veličinami jsou hustota, energie potřebná k zážehu, stechiometrický poměr, výhřevnost, oktanové číslo a rychlost šíření plamene. Druhá část se věnuje analýze implementace vodíku jako paliva pro spalovací motor, vznětový i zážehový. Byly zde popsány i důležité prvky prevence proti úniku vodíku či zamezení jeho koncentrace mimo spalovací prostor.
Proběhlo srovnání Well-to-wheels výroby vodíku pomocí metody SMR a metody solární elektrolýzy, kde byla srovnávána spotřeba energie a produkce škodlivých emisí. Dále byly srovnány parametry jednotlivých systémů pohonů, mezi které se řadil konvenční benzínový zážehový motor, elektrický pohon, hybridní pohon, motor spalující biopaliva, vodíkový spalovací motor a vodíkový palivový článek. Sledovanými parametry byly produkce emisí oxidu uhličitého a siřičitého, energetická účinnost a dojezd.
Na závěr byl v simulaci porovnán vodíkový zážehový motor s benzínovým zážehovým motorem. Použit byl program Gt-suite. Sledovanými parametry byly výkonové parametry, produkce emisí oxidů dusíku, měrná spotřeba paliva a závislost průběhu tlaku ve spalovacím prostoru na natočení klikového hřídele.

Klíčová slova:

Vodík, spalovací motor, Well-to-wheels

Termín obhajoby

13.06.2024

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

Student prezentoval svou závěrečnou práci a odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Dále odpovídal na dotazy členů zkušební komise a to následovně: 1. Jaké nejčastější nečistoty jsou ve vodíku? - odpověděl 2. Jaký je stav vodíkových motorů ve srovnání s výsledky práce? - částečně odpověděl

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojírenství (B-STR-P)

Specializace

Stavba strojů a zařízení (SSZ)

Složení komise

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
Ing. Antonín Šťastný, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Vaverka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (místopředseda)

Posudek vedoucího
Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Bakalářská práce má za cíl zpracovat problematiku přímého spalování vodíku v současných motorech osobních automobilů.

Práci v celkovém rozsahu 44 stran lze rozdělit na dvě části: teoretickou a praktickou zahrnující simulace v prostředí software GT-Suite.

Za nedostatek považuji fakt, že rešerší část má rozsah pouhých 17 stran, kdy autor čerpá celkově z malého množství zdrojů, ač zadání míří přímo na srovnání. Problematika spalování vodíku je v současnosti velmi aktuální téma a uvedené informace se tématu věnují poměrně stroze. Čtenář tak získá základní informace, nikoliv však hlubší náhled. Uvedená Well to wheel analýza pak je přepisem v podstatě jednoho článku. Ač informace jsou správné, určitě by bylo vhodné je srovnat s výsledky dalších výzkumných skupin.

Naopak velkým přínosem považuji část simulací v prostředí GT-Suite, kde student bez znalostí tohoto software ze studia zvládl zpracovat simulaci zkušebního jednoválce a popsat rozdíly v hoření jednotlivých paliv (vodík, benzín). Pro tvorbu těchto modelů bylo třeba porozumět termomechanice procesů.

Práce je přehledně strukturována a má logickou návaznost. Grafická úprava práce je v praktické části dobrá, v teoretické části jsou grafy nekonzistentní, obr. 5 dokonce přetéká zarovnání strany. Dalším nedostatkem je neoriginální titulní strana, kterou lze jednoduše stáhnout z IS. V obsahu je pak špatné zarovnání u názvů, které jsou delší než jeden řádek.

Práce obsahově plní všechny body zadání a taktéž požadavky kladené na bakalářskou závěrečnou práci. Na základě výše zmíněných nedostatků hodnotím práci výsledným hodnocením B/velmi dobře.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: B

Posudek oponenta
Ing. Matěj Poulíček

Cílem bakalářské práce pana Lukáše Vegera bylo komplexní studium spalování vodíku ve spalovacím motoru. Autor v první kapitole důkladně analyzoval současná řešení použití vodíku v dopravních prostředcích a provedl podrobné srovnání klíčových parametrů vodíku s konvenčními palivy, což poskytuje čtenáři široký přehled o výhodách a nevýhodách těchto paliv. Ve druhé kapitole podrobně popsal celý proces well-to-wheel výroby vodíku, včetně jeho technologických a ekonomických omezení. Výsledky své vlastní práce autor soustředil do třetí kapitoly, kde se zabýval simulacemi a optimalizacemi zážehového vodíkového motoru pomocí programu GT-Suite. V této části konkrétně porovnával výkonové parametry zážehových motorů spalujících vodík a benzín, přičemž se zaměřil na různé typy vstřikování paliva. Obsah této práce může být cenným přínosem pro další vývoj a optimalizaci vodíkových spalovacích motorů. V závěrečné části práce autor provedl kritické zhodnocení získaných informací a výsledků. Bakalářská práce obsahuje drobné stylistické chyby a nedostatky, zejména v oblasti formulace vět, které však nesnižují celkovou kvalitu a hodnotu práce. Zadání práce bylo splněno v celém rozsahu a je doporučena k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Otázky k obhajobě:
  1. Jaký má vliv použití znečištěného vodíku na spalovací motor, v porovnání s palivovým článkem?
  2. V kapitole 1.2.2 autor zmiňuje nevhodnost použití vodíku jako samostatného paliva pro vznětový motor z několika důvodů. Existuje však také technologie duálního vznětového motoru. Jaké výhody a nevýhody by podle vás tato technologie mohla přinést ve srovnání s čistě vodíkovým nebo čistě naftovým pohonem?
  3. Na obrázcích č.25 a 30 je v oblasti 2000 - 3000 min-1, patrný skokový nárůst hodnoty kroutícího momentu vodíkového motoru. Čím je tento jev způsobený? Jak by bylo možné průběh momentu v těchto oblastech linearizovat?

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová