سوخت و احتراق
سال:1398 | دوره:12 | شماره:4 |تعداد مقالات:9

در کار حاضر، تاثیر استفاده از ساختار ترکیبی بر مشخصه های احتراقی مخلوط هیدروژن-هوا، با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی و درنظر گرفتن سینتیک شیمیایی جزئی و ضرایب نفوذ مولکولی، بررسی می شود. تاثیر پارامترهای سرعت جریان ورودی، رسانش حرارتی دیوار و انحنای دیوار بر روی مشخصه های احتراق هیدروژن-هوا برای دو ساختار ساده و ترکیبی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که استفاده از ساختار ترکیبی تاثیر بسزایی بر روی مشخصه های احتراقی و مکان شعله می گذارد. در ساختار ترکیبی، نقش انتقال حرارت، به واسطه سیال ثانویه، در مقایسه با ساختار ساده افزایش می یابد که منجربه بهبود مشخصه های حرارتی محفظه احتراق و کاهش نقش رسانش حرارتی دیوار در ساختار ترکیبی می شود. استفاده از آرایش ترکیبی در مقایسه با ساختار ساده باعث می شود که در سرعت ورودی یکسان، شعله به صورت مشخصی در فاصله نزدیک تر از ورودی محفظه احتراق تشکیل شود. تاثیر نسبت انحنای لوله به شعاع لوله با درنظرگرفتن دو مقدار 1 و 2 بررسی و مشاهده شد که در نسبت انحنای کمتر، به علت نقش پیش گرم کردن جریان ورودی توسط محصولات، مکان جبهه شعله به ورودی نزدیک تر و توزیع دما درون محفظه احتراق بهتر خواهد بود.

در این مقاله، یک موتور اشتعال تراکمی با واکنش پذیر کنترل شده با سوخت ترکیبی متان و هپتان نرمال به روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت سه بعدی و با درنظرگرفتن سینتیک مفصل شیمیایی سوخت ترکیبی به وسیله نرمافزار AVL-FIRE شبیه سازی شده است. به منظور اعتبارسنجی حل، نتایج تحلیل موتور با داده های تجربی مقایسه شده اند. تاثیر تغییر دمای ورودی و همین طور تغییر ترکیب سوخت، بر پارامترهای عملکردی موتور نظیر فشار و دمای داخل سیلندر، نرخ آزادسازی انرژی و آلاینده اکسیدهای نیتروژن، بررسی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد با افزایش 30 درجه ای دمای اولیه نرخ واکنش های احتراقی افزایش یافته که منجربه افزایش تولید اکسیدهای نیتروژن می شود. این شرایط شدت صوت را به میزان 10 درصد افزایش داده و منجربه پیش انداختن فاز احتراقی به میزان 5 درجه لنگ خواهد شد. اما، از سوی دیگر به علت کاهش بازده حجمی ناشی از افزایش دما، بازده موثر موتور کاهش یافته و فشار موثر متوسط اندیکاتوری نیز با کاهش 11 درصدی همراه می شود. همچنین، کسر انرژی متان با فرض انرژی ورودی و نسبت هم ارزی کل ثابت، از 65 تا 85 درصد افزایش یافته، که منجربه تاخیر در اشتعال 5 درجه ای به علت افزایش عدد اکتان و کاهش واکنش پذیری کلی مخلوط شده و به افزایش فشار موثر متوسط اندیکاتوری و کاهش 5 درصدی مصرف ویژه سوخت منتج می شود. از طرفی، به علت کاهش دمای احتراق، آلایندگی اکسیدهای نیتروژن نیز کاهش می یابد. روند صعودی بهبود شرایط عملکردی موتور تا کسر انرژی 80 درصدی متان بوده است و در کسر انرژی های بیشتر عملکرد موتور با افت همراه می شود. در مجموع بررسی فاز احتراقی نشان می دهد که دمای ورودی و ترکیب مخلوط سوخت می تواند عامل موثری در کنترل فاز احتراق باشد.

در این مقاله، به شبیه سازی عددی و مطالعه تجربی مشعل پیش مخلوط استوانه ای و سیستم مخلوط کننده آن پرداخته شده است. این مشعل ها در پکیج های چگالشی مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق، به بررسی کارکردی مشعل و مخلوط کننده در توان 11 کیلووات پرداخته شد ه است. همچنین، از سینتیک دومرحله ای متان-هوا برای شبیه سازی استفاده شده است. از خصوصیات این نوع مشعل ها می توان به طول کوتاه شعله، تشعشع بالا و آلایندگی کم اشاره کرد. تست های تجربی روی مشعل برای اندازه گیری دمای شعله و دمای سطح انجام شده است. همچنین، برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی از آن استفاده شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مطابقت قابل قبولی داشته و اختلاف نتایج عددی با نتایج تجربی دمای شعله در بیشترین حالت حدود 14 درصد است. نتایج تحقیقات نشان می دهد که با افزایش نسبت هم ارزی تا نسبت استوکیومتریک بیشینه دمای شعله و میزان آلایندگی NOx افزایش پیدا کرده است. همچنین، در فاصله تا 5/2 سانتی متری اطراف مشعل، تشعشع مکانیزم غالب در انتقال حرارت این مشعل است. محدوده نسبت هم ارزی 75/0 تا 85/0، با توجه به محدودیت دمای مورد نیاز در مشعل و نیز تولید آلاینده، به عنوان بازه کارکردی مشعل انتخاب شد.

در این مقاله، به معرفی روش فلیملت دوبعدی برمبنای رژیم پیش مخلوط پرداخته شده است. این روش ترکیبی از دو روش کاهش سینتیک، یعنی روش فلیملت و روش منیفولد، است. در این روش، شعله چندبعدی به صورت مجموعه ای از شعله های یک بعدی آرام درنظر گرفته می شود (روش فلیملت) و ساختار شعله توسط تعدادی متغیر کنترلی تعیین می شود (روش منیفولد). با استفاده از این مدل، بانک اطلاعاتی متغیر های شیمیایی برحسب متغیرهای کنترلی و پیشرو ساخته می شوند. با حل معادلات متغیرهای پیشرو و کنترلی در طول شبیه سازی خواص مورد نیاز از بانک اطلاعاتی میان یابی می شوند. در این مطالعه، به منظور به کارگیری روش فلیملت منیفولد دوبعدی، ابتدا روش فلیملت منیفولد یک بعدی صحت سنجی شد. به منظور صحت سنجی، از نتایج شبیه سازی مستقیم هندسه شعله جریان مخالف گازی پیش مخلوط جزئی با مکانیزم شیمیایی GRI2. 11 استفاده شد. در مرحله بعد روش فلیملت منیفولد دو بعدی با اضافه کردن پارامتر کسر مخلوط بر یک شعله جریان متقابل با تغییرات نسبت هم ارزی (8/1-1) و نرخ کرنش به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که برای گونه های اصلی و دما روش فلیملت دوبعدی دارای دقت بسیار خوبی بوده و همچنین زمان محاسبات را تا چندین برابر کاهش می دهد. این روش در رژیم پیش مخلوط جزئی نتایج قابل قبولی را به ویژه درکرنش های نسبتا بالا نشان داد.

در مقاله حاضر، تاثیر زاویه تزریق گاز در جریان هوا برای یک پیش مخلوط کن سوخت و هوا از طریق شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent و در زوایای تزریقی در محدوده ° 90 (جریان عمودی) تا ° 180 (جریان مخالف) انجام گرفته است. برای بیان میزان یکنواختی مخلوط، متغیر شاخص یکنواختی، برای نسبت جرمی متان در مقاطع مختلف خروجی، محاسبه شده است. نتایج نشان داده است که در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق تا ° 165، یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می شود. بعد از آن روند تغییرات معکوس شده، ولی دوباره، در حالت جریان مخالف، یکنواختی اندکی افزایش پیدا می کند. همچنین، میزان تاثیرگذاری زاویه تزریق وابسته به عدد رینولدز جریان هواست و با افزایش عدد رینولدز، تاثیر زاویه تزریق بر یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می شود. از طرف دیگر، میزان وابستگی عملکرد پیش مخلوط کن به عدد رینولدز جریان، در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق، کاهش می یابد، ولی باز هم با عبور از زاویه ° 165 دوباره افزایش پیدا می کند.

گاز سنتزی می تواند گزینه مناسبی در موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی باشد. هدف پژوهش حاضر بررسی عددی تاثیر گازهای سنتزی با ترکیبات متفاوت بر عملکرد موتور و آلاینده های آن در یک انرژی ورودی ثابت است. بر همین اساس، سه گونه متفاوت از گازهای سنتزی تولیدشده توسط روش های گازسازی، برای مقایسه با گاز سنتزی شبیه سازی شده مرکب از هیدروژن و مونوکسیدکربن خالص، انتخاب شده اند. با توجه به نتایج به دست آمده، استفاده از گاز سنتز خروجی از گازسازها در موتورهای یادشده منجربه کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن درازای افزایش تولید دوده، مونوکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته و کاهش بازده ناخالص اندیکاتوری نسبت به گاز سنتزی شبیه سازی شده می شود. نسبت جرم هیدروژن به جرم سایر گونه های قابل احتراق در سوخت سنتزی با فشار و دمای بیشینه، بازده ناخالص اندیکاتوری و اکسیدهای نیتروژن نسبت مستقیم و با سایر آلاینده ها نسبت عکس دارد. گاز سنتزی نوع اول در حالت 60 درصد جایگزینی با دیزل، با کاهش 78 درصدی اکسیدهای نیتروژن و 7/11 درصدی بازده ناخالص اندیکاتوری نسبت به دیزل خالص و افزایش 6/3 درصدی تخریب اگزرژی نسبت به گاز سنتزی شبیه سازی شده، بهترین گزینه برای استفاده در موتور در تمامی حالات جایگزینی است.

در این پژوهش، از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت سیلیس زدایی شده برای حذف آب از سوخت دیزل استفاده شد. بهینه سازی شرایط سلیس زدایی با استفاده از نرم افزار Design expert 7. 0. 0و به روش سطح پاسخ انجام شد. پارامترهای مورد بررسی غلظت محلول سدیم هیدروکسید، دما و زمان فرایند سیلیس زدایی درنظر گرفته شد. پس از بهینه سازی شرایط فرایند سیلیس زدایی از زئولیت، نتیجه تحقیق نشان داد که در شرایط بهینه سیلیس زدایی با محلول سدیم هیدروکسید با غلظت 47/0 مولار در دمای 05/84 درجه سانتی گراد به مدت 42/2 ساعت درصد جذب آب 32/95% است. برای انجام فرایند جذب آب از سوخت، 5/0% وزنی-حجمی از زئولیت سیلیس زدایی شده و سوخت دیزل (5 گرم زئولیت به ازای 1000 میلی لیتر سوخت) به مدت 2 ساعت با دور ملایم همزن مخلوط شدند و میزان آب موجود در سوخت با دستگاه کارل فیشر کولومتر اندازه گیری شد. زئولیت طبیعی و زئولیت سیلیس زدایی شده در شرایط بهینه، توسط آنالیزهای طیف سنجی پراش پرتو ایکس، فلوئورسانس پرتو ایکس، تبدیل فوریه مادون قرمز و میکروسکوپ الکترونی روبشی، مشخصه یابی و تحلیل شدند. با توجه به نتایج به دست آمده از آنالیزهای مشخصه یابی زئولیت، می توان نتیجه گیری کرد که سیلی زدایی به خوبی انجام شده است. نتایج جذب آب قبل و بعد از فرایند جذب نشان دهنده عملکرد قابل قبول زئولیت سیلیس زدایی شده است.