عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی اثر پارامتر های عملکردی موتور های اشتعال جرقه ای بر احتراق داخل سیلندر با سوخت گاز طبیعی فشرده.
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2790;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65214
- تاریخ دفاع
- ۲۸ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدکاظم صدوقی
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- با درنظرگرفتن نقش رو به رشد گاز طبیعی در سیستم حمل و نقل و به همراه نقش غیر قابل انکار منحنی آزادسازی انرژی در ارزیابی عملکرد موتورهای اشتعال جرقه‌ای با سوخت گاز طبیعی، باز? احتراق و منحنی آزادسازی انرژی بر اساس توسع? یک مدل جدید، پیش‌بینی گردید. بدین منظور یک موتور تحقیقاتی تک‌سیلندر آزمایشگاهی برای استفاده در حالت سوخت گاز طبیعی بهینه شد. امروزه گاز طبیعی به عنوان یک سوخت جایگزین مناسب برای موتورهای اشتعال جرقه‌ای مطرح می‌باشد. گاز طبیعی معمولاُ دارای عدد اکتان بالا (بیشتر از 110 واحد) است که سبب می‌شود تا به نسبت تراکم‌های بیشتری در موتورهای اشتعال جرقه‌ای دست یابیم که خود عامل افزایش راندمان موتور می‌باشد. همچنین از آنجایی که گاز طبیعی دارای نسبت کربن به هیدروژن کمتری است، میزان تولید کربن دی‌اکسید نیز در آن کم می‌باشد. مهمترین عیب استفاده از گاز طبیعی، سرعت احتراق پایین آن می‌باشد. به همین منظور بهینه‌سازی فرآیند احتراق و کاهش باز? آن برای موتورهای با سوخت گاز طبیعی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این راستا و برای مدل‌سازی احتراق، ابتدا انتقال حرارت از دیواره‌های سیلندر با درنظرگرفتن دمای متفاوت برای نواحی مختلف سر سیلندر، سر پیستون و دیواره سیلندر به شکل نمایی، محاسبه گردید. سپس با استفاده از منحنی فشار داخل سیلندر، دمای اندازه‌گیری‌شده ورودی و خروجی به محفظه احتراق و همچنین نتایج حاصل از انتقال حرارت محاسبه‌شده، منحنی آزادسازی انرژی بدست آورده‌شد. برای صحت‌گذاری بر نتایج بدست آمده برای منحنی آزادسازی انرژی، یک حجم کنترل بر روی محفظه احتراق در نظر گرفته‌شد و رابطه تعادل انرژی با در نظرگرفتن آنالیز انرژی آلاینده‌های خروجی از موتور و نسبت هوا به سوخت استوکیومتریک، بررسی شد. نتایج نشان داده است که میزان خطا در همه نقاط کمتر از سه درصد بوده است. سپس تاثیر نسبت هوا به سوخت استوکیومتریک، زمان جرقه، نسبت تراکم، بار موتور و سرعت موتور بر روی بازه احتراق مورد بررسی قرار گرفت. این مطالعات برای بدست آوردن یک رابطه تجربی مناسب برای بازه احتراق در شرایط مختلف عملکردی موتور مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل، تطبیقی بسیار مناسبی با روند احتراق را نشان می‌دهد. واژگان کلیدی: بررسی آزمایشگاهی، احتراق داخل سیلندر، موتور اشتعال جرقه‌ای، سوخت گاز طبیعی
- Abstract
- Considering the growing role of natural gas (NG) in transportation, along with the inevitable importance of heat release curve characteristics in engine performance evaluation, the combustion duration and heat release curve in the NG spark ignition (SI) engines is predicted under the light of proposing a novel empirical correlation. Therefore, a single-cylinder SI research engine is modified to become applicable for natural gas fuel. Previous investigations have shown that NG would be the most widely used fuel in the next 20 years. NG has high octane number (more than 110) leading to high compression ratios in SI engine which solely has the benefit of engine efficiency increase. In the other hand, in NG fueled engines the production of CO2 is less than the conventional fueled engines, due to low carbon to hydrogen ratio. However the main disadvantage of using natural gas is their low combustion speed. For evaluating the combustion behavior of engines with NG fuels, the heat transfer formulation is also calculated considering various distribution of temperature for piston and cylinder head and an exponential form of temperature distribution for cylinder liner. Then, using the in-cylinder pressure curve, inlet and outlet temperatures of the cylinder and the result of calculated heat transfer, the heat release curve is obtained. To validate the heat release formulation, a control volume on the combustion chamber is taken and energy balance calculations are performed employing component analysis of emissions and air-fuel mixture, in the combustion duration. Results show that the analysis method has error almost less than 4% in every operating point. Thereafter, the effects of changes in input air-fuel ratio, ignition advance, compression ratio (CR), engine load and speed on the combustion duration are investigated. Each parameter is studied based on existing researches and then correlations are presented for them. Results of this study are used to find a proper model that predicts combustion duration combining extracted correlation functions. Results indeed agree well with the experimental data. Keywords: Experimental investigation, In-cylinder Combustion, Internal Combustion Engine, CNG Fuel
