25970

شبيه‌سازي عددي عملكرد موتورهاي اشتعال جرقه‌اي با پاشش دوگانه سوخت بنزين و CNG

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-تبديل انرژي

1400

1400/8/22

آيت قره قاني

مكانيك

با توجه به نياز روزافزون به استفاده درست از منابع انرژي و افزايش قيمت حامل‌هاي آن، بررسي و امكان‌سنجي استفاده از طرح‌هاي نو كه سبب كاهش مصرف سوخت در خودروها مي‌شود ضروري به نظر مي‌رسد. يكي از طرح‌هاي مورد استفاده در خودروهاي جديد، استفاده از پاشش مستقيم سوخت براي موتورهاي احتراق داخلي است كه سبب كاهش مصرف سوخت موتورهاي احتراق داخلي در چرخه رانندگي شهري مي‌شود. همچنين به دليل كاهش روزافزون منابع سوخت‌هاي فسيلي، استفاده از سوخت‌هاي جايگزين به منظور دست‌يابي به سوخت تركيبي بهينه الزامي است. گاز طبيعي به عنوان سوختي كه مي‌توان آن را از ساير منابع نيز بدست آورد و بعلاوه هزينه كمتري نيز دارد، مي‌تواند انتخاب مناسبي باشد. در اين پژوهش از تركيب پاشش مستقيم گاز طبيعي و پاشش درگاهي بنزين استفاده شده است. پاشش مستقيم گاز طبيعي از كاهش راندمان حجمي نسبت به پاشش درگاهي گاز طبيعي جلوگيري مي‌كند. در اين مطالعه سعي بر آن شده تا با شبيه‌سازي عددي با استفاده از نرم افزاركانورج، اثر متغيرها بر عملكرد موتور بررسي شود؛ چرا كه براي برخي از اين تغييرات آزمايش عملي دشوار است. ابتدا نتايج حاصل از شبيه‌سازي صحه‌گذاري شد تا قابليت اطمينان ساير نتايج براي بحث و مقايسه فراهم گردد، سپس عملكرد موتور در سه نسبت تراكم (10.5و11.5و12.5) متفاوت و همچنين در نسبت‌هاي مختلف دو سوخت و براي دو حالت كاري نيمه‌بار و تمام‌بار مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد با افزايش درصد گاز طبيعي در مخلوط، ميزان آلاينده‌هاي مونوكسيدكربن، دي‌اكسيدكربن و اكسيدهاي نيتروژن به ميزان قابل‌ توجهي كاهش يافتند. براي نمونه براي موتور با نسبت تراكم 10.5 مقدار آلاينده مونواكسيدكربن و دي‌اكسيدكربن به ترتيب براي حالت 100% CNG، نسبت به حالت بنزين خالص به ميزان 29.3% و 23.5% كاهش يافته است. همچنين به دليل مقاومت بالاي سوخت گاز طبيعي دربرابر كوبش، با افزايش درصد گاز طبيعي در مخلوط سوخت، احتمال وقوع كوبش به شدت كاهش يافته است، اين مزيت در حالت تمام‌بار و نسبت تراكم 12.5 بيشتر خود را آشكار مي‌كند. براي نمونه براي موتور با نسبت تراكم 12.5 مقدار RI به ترتيب براي حالات 25%، 50%، 75% و 100% CNG، نسبت به حالت بنزين خالص به ميزان 56%، 66%، 74.6% و 88.6% كاهش يافته است.

1400/11/06

Numerical simulation of the operation of spark ignition engines with dual injection of gasoline and CNG fuel

11/13/2022 12:00:00 AM

Given the growing need to properly use energy resources and increase the price of carriers, it is necessary to study and feasibility of using new designs that reduce fuel consumption in cars. One of the designs used in new cars is the use of direct fuel injection for internal combustion engines, which reduces the fuel consumption of internal combustion engines in urban driving cycles. Also, due to the increasing reduction of fossil fuel sources, the use of alternative fuels in order to achieve the optimal combined fuel is necessary. Natural gas as a fuel that can be obtained from other sources and also has a lower cost, can be a good choice. In this research, a combination of direct natural gas injection and gasoline port injection has been used. Direct injection of natural gas prevents a reduction in volumetric efficiency compared to port injection of natural gas. In this study, an attempt was made to investigate the effect of variables on engine performance by numerical simulation using Converge software. Because for some of these changes, experimental testing is difficult. First, the simulation results were validated to provide the reliability of other results for discussion and comparison. The results showed that with increasing the percentage of natural gas in the mixture, the amount of carbon monoxide, carbon dioxide and nitrogen oxides were significantly reduced. For example, for engines with a compression ratio of 10.5, the amount of carbon monoxide and carbon dioxide for 100% CNG mode decreased by 29.3% and 23.5% compare pure gasoline mode, respectively. Also, due to the high knock resistance of natural gas, with increasing the percentage of natural gas in the fuel mixture, the probability of knock occurs sharply decreased. this advantage manifests itself in full load mode and a higher compression ratio. For example, for the engine with a compression ratio of 12.5, the RI value decreased by 56%, 66%, 74.6% and 88.6% for the 25%, 50%, 75% and 100% CNG modes, respectively.

پاشش مستقيم سوخت، گاز طبيعي، شبيه‌سازي احتراق، كاهش آلايندگي

Direct fuel injection, natural gas, combustion simulation, emission reduction