عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی سه بعدی موتورهای اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3536;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79472;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3536;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79472
- تاریخ دفاع
- ۱۳ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمدمهدی صلاحی
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- با بهره‌گیری از راهبرد احتراق اشتعال تراکمی پیش‌آمیخته در موتورهای احتراق داخلی، می‌توان به مزایایی همچون بازدهی بالاتر، توانایی رقیق‌سوزی و در نتیجه بهبود اقتصاد مصرف سوخت و همچنین تولید آلایندگی پایین‌تر دست پیدا کرد. به‌علاوه، این راهبرد قابلیت استفاده از سوخت‌های متنوع، از جمله سوخت‌های زیستی، با بازدهی مطلوب را در موتور فراهم می‌سازد. در کار حاضر سه راهکار جدید برای گسترش محدوده عملکردی این گونه موتورها، به‌خصوص وقتی از سوخت‌های با واکنش‌پذیری پایین مثل گاز طبیعی استفاده می‌کنند، پیشنهاد شده‌است. در هر مورد، راهکار پیشنهادی با کمک مدل عددی سه‌بعدی، که با داده‌های تجربی صحت‌سنجی گشته، بررسی شده و تاثیر آن بر عملکرد و تولید آلایندگی در موتور در حالات مختلف مورد بحث قرار گرفته است. راهکار اول، افزودن ازن به مخلوط هوا و سوخت ورودی به موتور است. ازن با آزاد کردن اتم اکسیژن فعال موجب می‌شود واکنش‌پذیری مخلوط بالا برود و زمان شروع احتراق جلو بیفتد. به‌این ترتیب، خود‌اشتعالی و عملکرد مناسب موتور برای مخلوط‌های بسیار رقیق سوخت نیز به‌وقوع می‌پیوندد. افزودن ازن سبب می‌شود که محدوده کاری به دماهای پایین‌تر مخلوط ورودی نیز گسترش بیابد. پیشنهاد دوم، استفاده از راهکار اشتعال تراکمی پیش‌آمیخته با تزریق سوخت در یک پیش‌محفظه عایق است. غلظت محلی بالاتر سوخت در پیش‌محفظه سبب می‌شود نسبت به موتورهای دارای هندسه متداول، محدوده کاری موتور به بهره‌گیری از دماهای اولیه کمتر و مخلوط‌های رقیق‌تر سوخت گسترده شود. از نکات منفی راهکار پیشنهادی می‌توان به بالا رفتن میزان تولید آلاینده اکسید نیتروژن اشاره کرد. سومین راهکار پیشنهادی نیز به‌کار بردن حالت احتراقی اشتعال تراکمی با واکنش‌پذیری کنترل‌شده، با تزریق سوخت واکنش‌پذیر در یک پیش‌محفظه عایق است. در این راهکار، سوخت دارای واکنش‌پذیری کمتر به‌صورت پیش‌آمیخته با هوا وارد سیلندر شده و سوخت دوم که خواص خود-اشتعالی بهتری دارد، در یک پیش‌محفظه عایق حرارتی تزریق می‌شود. در این حالت نیز در مقایسه با استفاده از هندسه متعارف موتور، پنجره کاری موتور به استفاده از دمای هوای ورودی پایین‌تر و همچنین استفاده از نسبت‌های کمتر سوخت واکنش‌پذیر، مانند دیزل و در عوض مقدار بیشتر سوخت دارای عدد اکتان بالا، مثل گاز طبیعی گسترش یافته‌است.
- Abstract
- There are issues about internal combustion engines with ever-increasing importance like increasing efficiency and decreasing fuel consumption and emission production. In addition, making the ability and flexibility to work on different fuel types, like bio-fuels, has gone under consideration in the recent years. Using premixed charge compression ignition strategies brings about such advantages as higher efficiencies, lean burn combustion ability and as a result better fuel economy and also lower emission levels. In addition, these engines make it possible to use various types of fuels with acceptable operating features. In the present work, three new strategies are proposed to extend the proper operating range of these engine types, especially when working with low reactivity fuels like natural gas. For each case, the proposed strategy is investigated using a three dimensional computational model which has been validated against experimental data, and discussion is made on engine operation and emission production. The first strategy is to add ozone to air-fuel mixture. By releasing active oxygen atom, ozone makes the mixture more reactive and advances the start of combustion. Hence, the engine would have proper auto-ignition and operation and so its operating limits would be extended to use very lean mixtures and also lower intake temperatures. The second proposed strategy is premixed charge compression ignition with fuel introduction in an insulated pre-chamber. Higher local fuel concentration in the pre-chamber area makes the engine operating limits extended to use leaner mixtures and lower initial temperatures. However, there are drawbacks like generation higher amounts of NO pollutant. The third strategy is reactivity controlled compression ignition mode with injection of the more reactive fuel in an insulated pre-chamber. This would extend the operating window to use lower intake temperatures and also consuming lower ratios of the more reactive fuel, e.g. diesel fuel and instead higher ratios of the less reactive (and high octane) fuel, e.g. natural gas. Keywords: Numerical simulation, New strategies, Internal combustion engines, Auto-ignition, Operating range
