سوخت و احتراق
سال:1389 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

در این تحقیق ابتدا انتقال گرما در پیستون موتور اشتعال جرقه ای محاسبه شده، سپس با تعیین شرایط مرزی گرمایی به بررسی عملکرد موتور در دو حالت سوخت گاز و بنزین پرداخته شده است. سه روش متفاوت برای مدل کردن انتقال گرما به کار رفته است. در روش اول برای پیستون، سیلندر و سرسیلندر، یک دمای ثابت و تقریبی در نظر گرفته شده و توسط مدل دو ناحیه ای احتراق شرایط میدان گاز درون سیلندر (دما، فشار و ضرایب انتقال گرمای جا به جایی) محاسبه می شوند. در روش دوم برای هر سه قسمت پیستون، سیلندر و سرسیلندر، سه دمای مجهول در نظر گرفته شده و معادلات انتقال گرما با مدل دو ناحیه ای به صورت همزمان حل می شوند. در روش سوم که دقیق ترین روش است، به صورت همزمان بر اساس مدل شبکه گرمایی مقاومت-خازن، 24 معادله انتقال گرما با کد دو ناحیه ای، حل می شود. نتایج به دست آمده از سه روش به منظور بررسی اثر آن ها بر رفتار گرمایی پیستون با هم مقایسه می شوند. نشان داده شده است که استفاده از مدل مقاومت-خازن با تعداد معادلات کمتر و در نتیجه زمان حل کمتر، روشی مناسب برای حل مسایل گرمایی موتور است. مجموعه این عملیات توسط کدی که در نرم افزار متلب (MATLAB) نوشته شده انجام شده است و نتایج با داده های تجربی موتور EF7.TC صحه گذاری شده است.

در کار حاضر به منظور بررسی تاثیرات تزریق فواره (Jet) هوا به داخل محفظه احتراق و همچنین استفاده از پیستون عایق بر روی فرایند احتراق، تولید آلاینده ها و متغیرهای عملکردی در یک موتور دیزلی پاشش مستقیم، طرحی ارایه شده است که در آن در داخل یک پیستون عایق محفظه ای فرعی ایجاد شده که از طریق گلوگاه هایی به محفظه احتراق اصلی متصل می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از سلول هوا می تواند روش موثری برای کاهش ذرات دوده خروجی از یک موتور دیزلی پاشش مستقیم بوده و همچنین باعث کاهش در مقدار آلاینده NOx خروجی شود. استفاده از پیستون عایق سبب کاهش قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت ویژه و افزایش قابل توجهی در فشار موثر متوسط داخل سیلندر می شود، در حالی که تاثیر قابل توجهی بر روی ذرات دوده خروجی ندارد. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از پیستون عایق به دلیل کاهش انتقال گرما و بالا رفتن دمای داخل سیلندر منجر به افزایش NOx به میزان قابل توجهی نسبت به موتور پایه می شود. نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده و رفتار قابل قبولی را نشان می دهد.

در مطالعه حاضر مدلسازی عددی احتراق جریان کاملا آرام، استوکیومتریک پیش اختلاط متان-هوا در یک محفظه احتراق دو بعدی در ابعاد میکرو بررسی شده است. هدف از این مطالعه بررسی چگونگی وقوع، پدیده شناسی و متغیرهای موثر از قبیل پایداری شعله بر نحوه احتراق در تجهیزات MEMS جهت تولید انرژی یا نیروی پیشران در ابعاد کوچک جهت کاربردهای هوافضایی برای اکتشافات فضایی است. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان می دهند که پایداری شعله در داخل یک محفظه احتراق میکرو به مقدار زیادی به مقادیر ضخامت دیواره محفظه احتراق و ضریب رسانایی گرمایی دیواره، عرض (ارتفاع) محفظه احتراق، ضریب انتقال گرمای جابه جایی بین دیواره بیرونی محفظه احتراق و محیط اطراف و سرعت ورودی مواد واکنش دهنده پیش مخلوط وابسته است.

در این نوشتار خواص فیزیکی و مشخصات قطره سازی (Atomization) زیست سوخت به دست آمده از ریز جلبک کلامیدوموناس (Chlamydomonas) بررسی و مطالعه شده است. به تازگی گونه (species) خاصی از ریزجلبک کلامیدوموناس با نام MCCS 026 در برخی نواحی جنوبی ایران (استان فارس) شناسایی شد که پتانسیل تولید زیست سوخت را دارد. بر طبق تحقیقات فیزیولوژیکی - مولکولی انجام شده، این گونه خاص جلبکی علاوه بر نرخ سریع رشد و ظرفیت چربی مطلوب و قابل قبول، محیط کشت بسیار ساده و ارزان قیمتی دارد به طوری که حتی در شرایط اقلیمی ایران به طور طبیعی نیز قابل رشد و تکثیر است. علی رغم تمام این ویژگی ها، برای اطمینان از عملکرد مطلوب زیست سوخت جدید در موتورهای احتراق تراکمی لازم است خواص فیزیکی و خصوصیات قطره سازی این سوخت مورد بررسی قرار گیرد. در تحقیق حاضر برای اولین بار خواص فیزیکی و خصوصیات قطره سازی زیست سوخت جدید به طور تحلیلی مطالعه شده است. نتایج نشان داد که سوخت به دست آمده از این گونه جلبکی خواص بسیار مشابهی با سوخت دیزل فسیلی دارد. تحلیل فرآیند قطره سازی سوخت نیز حاکی از این است که زیست سوخت جدید نسبت به برخی از زیست سوخت های مرسوم و مورد استفاده در اروپا و امریکا از جمله سویا و کانولا متیل استر عملکرد بسیار مطلوب تری دارد. همچنین بررسی ها نشان داد که زیست سوخت جدید نسبت به زیست سوخت به دست آمده از برخی ریز جلبک های مرسوم دیگر در تولید زیست سوخت مانند کلرلا (Chlorella) نیز از کیفیت بالاتری برخوردار است.

بررسی تجربی حاضر به مطالعه پاسخ شعله های پیش مخلوط آرام -V شکل و -M شکل به نوسانات آکوستیکی پرداخته است. به طور کلی محفظه های احتراقی که در آن ها شعله -V شکل تشکیل می شود نسبت به ناپایداری احتراق حساس هستند. شعله های -V شکل بر روی میله مرکزی مشعل تشکیل می شوند و شعله های-M  شکل به میله مرکزی مشعل و لبه لوله مشعل می چسبند. این بر خلاف شعله های مخروطی است که فقط به لبه لوله مشعل می چسبند. به همین دلیل شعله های -V شکل و -M شکل در مقایسه با شعله های مخروطی حساسیت بیشتری به نوسانات جریان نشان می دهند. در مطالعه حاضر برای تشکیل شعله های پیش مخلوط -V شکل و -M شکل از مخلوط پروپان-هوا استفاده شده است. در ابتدا با تغییر نسبت هم ارزی سوخت-هوا، محدوده های مناسب نسبت هم ارزی برای تشکیل شعله های پایدار -V شکل و -M شکل تعیین شد. نتایج اولیه نشان داد که شعله -M شکل در مقایسه با شعله -V شکل دربازه محدودتری از نسبت هم ارزی به صورت پایدار تشکیل می شود. سپس برای مطالعه پاسخ شعله به نوسانات آکوستیک از یک بلندگو جهت تولید امواج آکوستیکی با دامنه ثابت در بازه معینی از تواتر های (Frequency) تحریک استفاده شد و نوسانات فشار شعله تحریک شده در پایین دست جریان توسط یک میکروفون اندازه گیری شد. تصاویر مربوط به نوسانات سطح شعله تحریک شده توسط یک دوربین سرعت بالا (CCD Camera) ثبت شد و با استفاده از قابلیت های پردازش تصویر در نرم افزار MATLAB دامنه و فاز پاسخ شعله محاسبه شد. همچنین تغییرات شکل شعله و شدت نور آن، در طول یک دوره تناوب، برای مقادیر مختلف نسبت هم ارزی و دبی جریان بررسی شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که نوسانات سرعت و نحوه تولید و انتشار گردابه ها نقش مهمی در پاسخ شعله به نوسانات آکوستیکی دارند. همچنین فاز تابع پاسخ شعله نسبت به تغییرات تواتر تحریک رفتاری شبه-خطی دارد. این امر بیانگر آن است که تاخیر زمانی مربوط به نوسانات گرمای آزاد شده نسبت به نوسانات تحریک شعله مقداری معین است. به عبارتی دیگر نوسانات آکوستیک همواره پس از مدت زمانی معین به سطح شعله می رسند. نتایج مربوط به بهره پاسخ شعله نیز نشان می دهد که شعله در محدوده معینی از تواتر های تحریک آکوستیک به تغییرات نسبت هم ارزی حساس تر است. با بررسی رفتار شعله در یک دوره تناوب می توان محدوده زمانی مربوط به بیشینه گرمای آزاد شده از شعله را تعیین کرده و تاثیر متغیرهای غیرخطی در پاسخ شعله را بررسی کرد.

در مقاله حاضر یک مدل نیمه تجربی به منظور کنترل فاز احتراق برای جلوگیری از وقوع کوبش در موتور پرخوران اشتعال جرقه ای با سوخت ایزواکتان بهینه شده و ارایه شده است. مدل کوبش ارایه شده بر مبنای مدل انتگرالی کوبش بوده و با یک مدل شبه ابعادی برای شبیه سازی و پیش بینی چرخه قدرت در موتور اشتعال جرقه ای ترکیب شده است. مدل نیمه تجربی کوبش با استفاده از نتایج آزمایشگاهی بهینه و صحه گذاری شده است. با استفاده از این مدل می توان راهبرد کنترل زمان شروع احتراق در موتور اشتعال جرقه ای را برای دستیابی به بیشینه گشتاور خروجی بهبود بخشید. نتایج نشان می دهند که مدل کوبش مذکور قادر است زاویه لنگ وقوع کوبش (خود اشتعالی) را با اختلاف حداکثر 2oCA پیش بینی کند. با استفاده از این مدل نه تنها با تغییر متغیرهای عملکردی و طراحی امکان پیش بینی زاویه وقوع کوبش و شرایط مرزی آن میسر است بلکه میزان تاثیر هر متغیر بر شدت کوبش نیز قابل مشاهده است.

هدف مقاله بررسی نحوه کاهش آلاینده های دوده و NO در پاشش دو مرحله ای سوخت در موتورهای دیزل پاشش مستقیم است. در این پژوهش پاشش دو مرحله ای بهینه سوخت به عنوان یک روش مفید و موثر برای کاهش همزمان آلاینده های دوده و NO معرفی شده است. تحقیقات بر روی یک موتور دیزل پاشش مستقیم ساخت شرکت موتورسازان تبریز انجام گرفت. برای ارزیابی مزایای به کارگیری راهکار پاشش دو مرحله ای و بررسی ساز و کار احتراق، از کد سه بعدی KIVA-3V استفاده شد. نتایج به دست آمده از تحقیق نشان داد که راهکار پاشش دو مرحله ای با فاصله زمانی مناسب بین مراحل پاشش می تواند در کاهش همزمان آلاینده های مذکور موثر باشد. همچنین بر پایه نتایج حاصل از شبیه سازی، ساز و کار کاهش آلاینده NO همانند پاشش یک مرحله ای با به تاخیر انداختن زمان پاشش است. کاهش دوده نیز به این علت است که در پاشش دومرحله ای به دلیل توقف بین دو مرحله پاشش، ناحیه غنی از سوخت در نوک اسپری که عامل تولید دوده است، حذف می شود. نتایج به دست آمده از تحقیق برای موتور مورد نظر نشان داد که با استفاده از راهکار پاشش دو مرحله ای مقدار دوده و NO در گازهای خروجی به ترتیب 33 و 11 درصد کاهش می یابد.