شماره ركورد
34203
پديد آورنده
اميرحسين فخاري
عنوان
توسعه مكانيزم سينتيك شيميايي آمونياك/گاز طبيعي/ ديزل به منظور بررسي عددي احتراق اشتعال تراكمي با واكنشپذيري كنترل شده با غنيسازي هيدروژن
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1404/07/06
استاد راهنما
آيت قره قاني
استاد مشاور
امين محمود زاده اندوري- محمد مهدي صلاحي
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
محققان در حال حاضر در حال توسعه فناوريهايي با هدف حذف سوختهاي حاوي كربن در ساختار مولكولي خود هستند كه به طور مؤثر انتشار اكسيدهاي كربن به جو را به حداقل ميرساند. سوختهاي بدون كربن مانند آمونياك و هيدروژن، به دليل كاربردشان در موتورهاي اشتعال تراكمي (CI) توجه زيادي را به خود جلب كرده است. در اين مطالعه، شبيهسازي عددي يك موتور RCCI با استفاده از آمونياك، هيدروژن و ديزل بهعنوان سوخت و با بهرهگيري از تركيب مكانيزم سينتيك واكنشهاي احتراقي بررسي شده است. در فاز نخست، تأثير پارامترهايي چون كسرهاي مختلف انرژي آمونياك، زمان تزريق ديزل و دماي بسته شدن سوپاپ ورودي (TIVC) بر عملكرد موتور و انتشار آلايندهها تحليل شد. سپس در فاز دوم، با تثبيت شرايط بهينه شامل زمان تزريق ديزل در 60 درجه پيش از نقطه مرگ بالا و سهم انرژي ديزل در 20 درصد، اثر افزودن هيدروژن با كسر انرژي 0 تا 30 درصد و كاهش TIVC مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد افزايش كسر انرژي آمونياك از 30% به 70% موجب بهبود قابلتوجه در فشار مؤثر متوسط (IMEP) ميشود، در حالي كه انتشار CO، HC، آمونياك نسوخته و N₂O در سطوح پاييني حفظ ميشود. همچنين، افزايش آمونياك منجر به كاهش چشمگير NOx و CO₂ گرديد و حالت احتراق RCCI با ارتقاء بازده و كاهش آلايندهها، نسبت به احتراق دوگانه برتري داشت. افزودن هيدروژن نيز بازده احتراق و IMEP را بيشتر بهبود داد و همزمان موجب كاهش آلايندههاي خروجي شد. در حالتي كه از 80% كسر انرژي آمونياك بدون هيدروژن استفاده شد، حداقل دماي ورودي 440 كلوين براي احتراق كامل لازم بود و انتشار NOx تا حدود 20 گرم بر كيلووات ساعت افزايش يافت. با افزودن 20% هيدروژن، دماي مورد نياز به 380 كلوين كاهش و NOx به حدود 13 گرم بر كيلوواتساعت رسيد، در حالي كه انتشار N₂O ثابت باقي ماند. در ادامه، يك مكانيزم سينتيكي كاهشيافته براي احتراق تركيب سوختي آمونياك/متان-ديزل با 188 گونه و 1320 واكنش توسعه داده شد. اين مكانيزم براي شرايط موتور شامل فشارهاي بالا، دماهاي پايين و تركيبات مختلف تنظيم و با دادههاي تجربي مرتبط با زمان تأخير در اشتعال (IDT) و سرعت شعله آرام (LFS) كاليبره شد. شبيهسازيهاي CFD نيز با اين مكانيزم انجام گرفت و نتايج آن با دادههاي تجربي تطبيق يافت. مكانيزم پيشنهادي قابليت كاربرد در شبيهسازي دقيق عملكرد موتورهاي RCCI دوگانهسوز را فراهم ميسازد
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/26
عنوان به انگليسي
Development of a Chemical Kinetic Mechanism for Ammonia/Natural Gas/Diesel to Numerically Investigate Reactivity-Controlled Compression Ignition Combustion with Hydrogen Enrichment
تاريخ بهره برداري
11/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرحسين فخاري
چكيده به لاتين
Researchers are currently developing technologies aimed at eliminating fuels containing carbon in their molecular structures, thereby effectively minimizing the emission of carbon oxides into the atmosphere. Carbon-free fuels such as ammonia and hydrogen have attracted significant attention due to their potential applications in compression ignition (CI) engines. In this study, a numerical simulation of an RCCI (Reactivity-Controlled Compression Ignition) engine was conducted using ammonia, hydrogen, and diesel as fuels, employing a combined chemical kinetic mechanism for combustion reactions. In the first phase, the effects of parameters such as various ammonia energy fractions, diesel injection timing, and the temperature at intake valve closing (TIVC) on engine performance and emissions were analyzed. In the second phase, under optimized conditions, including a diesel injection timing of 60° bTDC and a 20% diesel energy share, the influence of hydrogen addition (0–30% energy fraction) and TIVC reduction was investigated. Results showed that increasing the ammonia energy fraction from 30% to 70% significantly improved the indicated mean effective pressure (IMEP), while CO, HC, unburned ammonia, and N₂O emissions remained low. Additionally, higher ammonia fractions led to a remarkable reduction in NOx and CO₂ emissions. The RCCI combustion mode exhibited superior efficiency and lower pollutant emissions compared to conventional dual-fuel combustion. Hydrogen enrichment further enhanced combustion efficiency and IMEP, while simultaneously reducing exhaust emissions. When using 80% ammonia energy fraction without hydrogen, a minimum intake temperature of 440 K was required for complete combustion, and NOx emissions increased to around 20 g/kWh. With the addition of 20% hydrogen, the required temperature decreased to 380 K, and NOx emissions were reduced to approximately 13 g/kWh, while N₂O remained nearly constant. Subsequently, a reduced chemical kinetic mechanism for ammonia/methane–diesel combustion was developed, consisting of 188 species and 1320 reactions. The mechanism was optimized for engine-relevant conditions, including high pressures, low temperatures, and varying fuel compositions, and was calibrated using experimental data for ignition delay time (IDT) and laminar flame speed (LFS). CFD simulations employing this mechanism showed good agreement with experimental data. The proposed kinetic mechanism enables accurate simulation of dual-fuel RCCI engine performance and emission characteristics
كليدواژه هاي فارسي
احتراق RCCI , آمونياك , هيدروژن , آلايندگي , توسعه مكانيزم سينتيك شيميايي
كليدواژه هاي لاتين
RCCI combustion , Ammonia , Hydrogen , Emissions , Chemical Kinetic Mechanism Development
Author
Amir Hossein Fakhari
SuperVisor
Ayat Gharehghani