23074

بررسي عددي و تجربي احتراق و آلايندگي RCCI با سوخت ديزل-گاز طبيعي

دكتري

سيستم محركه خودرو

99-00

1399/9/30

دكتر علي نصيري طوسي

خودرو

اين رساله به صورت آزمايشگاهي و شبيه سازي عددي به بررسي استراتژي‌هاي مختلف پاشش سوخت ديزل، درصد جايگزيني سوخت گاز طبيعي، تاثير بازخوراني گازهاي اگزوز و تغييرات سيكلي بر احتراق و آلايندگي موتور اشتعال تراكمي كنترل واكنشي (RCCI) با سوخت ديزل-گاز طبيعي مي‌پردازد. در همين راستا در سه مرحله اصلي كار را جلو خواهيم برد: درمرحله اول استراتژي احتراق RCCI بر روي يك موتور احتراق داخلي ديزلي اجرا شد، بدين منظور، سيستم اختلاط هوا و گاز طبيعي به پورت ورودي سيلندر اضافه شد. در مرحله دوم اين تحقيق، درصدهاي مختلف سوخت ديزل و گازطبيعي مورد آزمايش قرار گرفت و در اين حالت مشخصه¬هاي پاشش سوخت به داخل محفظه احتراق شامل زاويه لنگ پاشش يك يا چند مرحله‌اي، فشار پاشش و ميزان پاشش در مرحله اول يا دوم مورد آزمايش قرار گرفت تا نقطه كاركردي پايدار تعيين گردد، همچنين استفاده از سوخت بيوديزل براي جايگزيني با سوخت ديزل بصورت تجربي مورد تست قرار گرفت. در مرحله سوم مدلسازي ديناميك سيالات محاسباتي براي بررسي بيشتر استراتژي‌هاي مختلف پاشش سوخت ديزل به داخل محفظه احتراق روي خصوصيات عملكرد و آلايندگي احتراق RCCI با سوخت گاز طبيعي با استفاده از نرم‌افزار كانورج انجام گرفت و نتايج بدست آمده با نتايج تجربي صحه¬گذاري گرديد. نتايج نشان مي‌دهد با افزايش فشار پاشش سوخت ديزل، شروع احتراق زودتر اتفاق مي‌افتد و بيشينه فشار داخل محفظه احتراق افزايش مي‌يابد و آلاينده‌ي ¬NOx افزايش و UHC و CO كاهش مي‌يابند. از طرفي نتايج پاشش دو مرحله¬اي سوخت ديزل نشان مي¬دهند كه با تعويق زاويه شروع پاشش اول بيشينه فشار داخل سيلندر، HRR و IMEP افزايش مي‌يابند و انتشار آلاينده NOx افزايش و UHC و CO كاهش مي‌يابند و برعكس اين نتايج با تعويق زاويه شروع پاشش دوم ايجاد مي‌شود. با افزايش ميزان بازخوراني گازهاي اگزوز، مقدار IMEP و بازده حرارتي حدود كاهش مي¬يابند، همچنين شروع، ميانه و انتهاي احتراق به علت كاهش ميزان اكسيژن داخل محفظه احتراق عقب مي¬افتد و توليد CO و UHC افزايش و برعكس ميزان NOx، كاهش مي¬يابد. علاوه بر اين، افزايش نسبت پيش اختلاط باعث كاهش راندمان حرارتي و افزايش انتشار UHC مي‌شود.

1399/10/10

Numerical and experimental study of RCCI combustion and pollution with diesel-natural gas fuel

12/20/2020 12:00:00 AM

This dissertation examined experimentally and numerically different diesel fuel injection strategies, natural gas replacement percentage, the effect of exhaust gas recirculation and cyclic changes on the combustion and pollution of RCCI engines with Diesel-CNG fuel. In this regard, we proceeded in three main steps: In the first stage, the RCCI combustion strategy was implemented on a diesel internal combustion engine, for this purpose, the air-natural gas mixing system was added to the cylinder inlet port. In the second stage of this research, different percentages of diesel fuel and natural gas were tested, and in this case, the characteristics of fuel injection into the combustion chamber including the crank angle of one or multi-injection, injection pressure and injection rate in the first or second stage were tested to determine the stable operating point. Also, the use of biodiesel fuel to replace diesel fuel was experimentally tested. In the third stage, computational fluid dynamics modeling was performed to further investigate the various strategies of diesel fuel injection into the combustion chamber on the performance characteristics and pollution of RCCI combustion with diesel-natural gas fuel using Converg software and the results were validated with experimental results. The results show that with increasing diesel fuel injection pressure, combustion starts earlier and the maximum incylinder pressure increases and also NOx pollutants increase and UHC and CO decrease. On the other hand, the results of two-stage injection of diesel fuel show that by delaying the start angle of the first injection, the maximum incylinder pressure, HRR and IMEP increase and NOx emission increases and UHC and CO decrease and conversely, these results are obtained by delaying the starting of second injection angle. As the amount of exhaust gas recirculation rate increases, the amount of IMEP and the thermal efficiency decrease. Also, the beginning, middle and end of combustion are delayed due to the decrease of oxygen inside the combustion chamber and CO and UHC production increases and vice versa NOx decreases. In addition, increasing the premix ratio reduces the thermal efficiency but increases the UHC emission due to over premixed rich charge.

احتراق دما پايين، اشتعال تراكمي كنترل واكنشي، احتراق، آلايندگي، بازده، ديزل-گاز طبيعي

low temperature combustion, reactive ignition compression ignition, combustion, pollution, efficiency, diesel-natural gas.