28582

بررسي عددي اثر افزودني‌ها (هيدروژن و اكسيژن) بر عملكرد موتور اشتعال تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل شده

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- گرايش تبديل انرژي

1399

1402/04/19

دكتر آيت قره‌قاني

مكانيك

امروزه براي برآورده كردن مقررات سخت‌گيرانه در مورد انتشار گازهاي‌گلخانه‌اي و آلاينده‌هاي حاصل از احتراق، محققان مطالعات خود را براي جلوگيري از محدود شدن كاربرد موتورهاي احتراق داخلي، به سمت روش‌هاي نوين احتراقي سوق داده‌اند. از اين ‌رو، تحقيقات زيادي براي كاهش ميزان انتشار آلاينده‌ها انجام شده است. راهبردهاي احتراق دما پايين به عنوان يك راه¬حل مناسب براي غلبه بر چالش‌ آلودگي ناشي از احتراق شناخته مي‌شوند. يكي از اين راهبردها، موتورهاي اشتعال تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل شده هستند كه از طريق تزريق دو سوخت به محفظۀ احتراق، يكي با واكنش‌پذيري بالا و ديگري با واكنش‌پذيري پايين، شرايط متفاوت احتراقي را ايجاد مي‌كنند. در اين نوع از موتورها انتخاب سوخت‌ها نيز مهم مي‌باشد و با توجه به ويژگي‌هاي گوناگون آن‌ها، زوج سوخت‌هاي مختلفي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در پژوهش حاضر، زوج سوخت گاز طبيعي/ بايوديزل مورد بررسي قرار گرفته و نتايج آن با زوج سوخت گاز طبيعي/ ديزل مقايسه شده است. موتور مورد مطالعه در شرايط بارگذاري حداكثري در سرعت 1000 دور بر دقيقه، تحت شرايط احتراق دوگانه سوز اشتعال تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل شده مي‌باشد. در اين مطالعه عددي كه توسط نرم‌افزاركانورج صورت گرفته است، ابتدا صحت‌سنجي نتايج بدست آمده صورت گرفته و سپس به بررسي نتايج مقايسه افزودن هيدروژن و اكسيژن پرداخته شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه با تغيير سوخت از ديزل به بايوديزل، مقادير آلاينده‌هاي مونواكسيد كربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته به ترتيب حدوداً 86 و 91 درصد كاهش پيدا مي‌كند؛ همچنين بيشينه فشار و دماي درون محفظه به ترتيب حدوداً 5 درصد و 83 كلوين افزايش مي‌يابد. علاوه بر اين، مدت زمان سوختن هنگام استفاده از بايوديزل نسبت به ديزل 4.45 درجه ميل لنگ كاهش مي‌يابد. افزودن اكسيژن به درون محفظه موجب مي‌شود كه مقدار كار و فشار متوسط موثر به ترتيب 1.17 و 1.14 درصد افزايش يابد. همچنين شروع احتراق حدوداً 1.2 درجه ميل لنگ كمتر شده و مدت زمان احتراق نيز بيش از 1 درجه ميل لنگ كاهش مي‌يابد. افزودن هيدروژن با درصد‌هاي مختلف منجر به كاهش مقادير آلاينده‌هاي مونواكسيد كربن مي‌شود و بيشينه فشار 12درصد افزايش و مدت زمان احتراق نيز 4.78 درجه ميل لنگ كاهش مي‌يابد. همچنين اثر زمان پاشش سوخت بايوديزل از 4- تا20- درجه ميل لنگ قبل از نقطه مرگ بالا مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه زمان پاشش 12- درجه ميل لنگ قبل از نقطه مرگ بالا بهينه ترين حالت پاشش سوخت مي باشد؛ براي اين زمان پاشش، راندمان حرارتي به بيش از 48 درصد و فشار متوسط موثر به 18.33 بار رسيده است.

1402/05/23

Numerical investigation of the effect of additives (hydrogen and oxygen) on the performance of a reactivity controlled compression ignition engine

7/9/2024 12:00:00 AM

Nowadays, with the development of urbanization and the air pollution of big cities and its impact on human health and the environment, as well as to solve the strict regulations regarding the emission of greenhouse gases such as nitrogen oxides, soot, etc., the use of internal combustion engines has been limited; Therefore, researchers and designers applied their research in the field of reducing the amount of pollutant emissions. Low temperature combustion is recognized as a suitable approach to overcome these challenges. One of these strategies is compression ignition engines with controlled reactivity, which creates different combustion conditions by injecting two fuels into the chamber, one with high reactivity and the other with low reactivity. In this type of engines, the choice of fuel is also important, and according to their various characteristics, different fuel pairs are used. In the current research, the natural gas/biodiesel fuel pair has been investigated and its results have been compared with the natural gas/diesel fuel pair. The studied engine is under the conditions of maximum load at 1000 rpm under compression ignition conditions with controlled reactivity with high reactivity fuel injection delay (dual combustion). In this numerical study conducted by Converge software, the accuracy of the obtained results was first checked and then the comparison results of adding hydrogen and oxygen were checked. The obtained results showed that by changing the fuel from diesel to biodiesel, the amounts of carbon monoxide and unburned hydrocarbons have decreased by approximately 86% and 91%, respectively; Also, the maximum pressure and temperature inside the chamber experience an increase of about 5% and 83 K, respectively. The duration of burning when using biodiesel has decreased by 4.45 degrees compared to diesel. Adding oxygen inside the chamber caused the amount of work and effective pressure to increase by 1.17% and 1.14%. Also, the start of combustion has decreased by 1.2 degrees and the duration of combustion has decreased by more than 1 degree. The addition of hydrogen with different percentages caused the amount of released carbon monoxide pollutants to experience a sharp decrease and the maximum pressure increased by 12% and the duration of combustion decreased by 4.78 degrees. Also, in the investigation of different injection start times from -4 to -20, the results were such that SOI=-12 is the most optimal possible state because the combustion characteristics are in the highest state possible, so that the thermal efficiency is about more than It shows 48% and effective pressure of 18.33 bar.

موتور احتراق داخلي , مدل‌سازي عددي , احتراق اشتعال تراكمي‌ با واكنش‌پذيري كنترل شده , احتراق دما پايين , بايوديزل , احتراق دوگانه , هيدروژن , اكسيژن

Internal combustion engine , numerical modeling , reactivity controlled compression ignition , low temperature combustion , biodiesel , dual fuel , hydrogen , oxygen

Seyyed Mohammad Javad Yahyaei Derav

Dr. Ayat Gharaghani