سوخت و احتراق
سال:1387 | دوره:1 | شماره:1 |تعداد مقالات:9

مقاله حاضر به ارایه یک مدل عددی بر پایه تعادل ترموشیمیایی پرداخته و با بهره گیری از آن، عملکرد یک رآکتور گازی سازی پایین سو را پیش بینی کرده است. داده های عددی حاصل، در مقایسه با نتایج تجربی، از دقت قابل قبولی برخوردارند. در جریان شبیه سازی فرایند گازی سازی به کمک مدل عددی تولید شده، زیست توده های متنوعی مورد ارزیابی قرار گرفتند که در میان آن ها، پسماندهای جنگلی به عنوان انرژی زا ترین زیست توده برگزیده شدند و مطالعات مربوط به سنجش عملکرد رآکتور، بر روی آن ها انجام گرفت. در جریان مطالعات، تاثیر شرایط عملیاتی شامل محتوای رطوبت، نسبت بخار به سوخت، نسبت هوا به سوخت و دمای هوای ورودی بر مشخصه های گازی سازی مورد سنجش قرار گرفت. مشخصه های گازی سازی مورد اشاره عبارت بودند از: دمای گازی سازی، ترکیب مولفه های گاز سنتزی و ارزش گرمایی گاز سنتزی. در این میان آشکار شد که تغییر دمای هوای ورودی، یگانه روش افزایش همزمان ارزش گرمایی گاز سنتزی و راندمان گازی سازی است. از سوی دیگر مشخص شد که نسبت بخار به سوخت، نقشی کلیدی در کنترل دمای گازی سازی و تنظیم نسبت هیدروژن به مونواکسیدکربن بر عهده دارد. مدل عددی تولید شده را می توان به عنوان ابزاری برای طراحی شرایط اولیه و عملیاتی رآکتورهای گازی سازی، هم چنین به منظور بهینه سازی عملکرد آن ها به کار گرفت.(اصل مقاله به صورت متن کامل انگلیسی در بخش انگلیسی قابل رویت است)

در پژوهش حاضر به مطالعه شعله نفوذی پروپان و گاز طبیعی به همراه اکسیژن در محدوده جریان آرام و در دو مرحله پرداخته شده است. در مرحله اول اثر رقیق سازی اکسید کننده اکسیژن با گازهای نیتروژن و دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته است. در این قسمت پایداری و تغییر شکل شعله در برابر فرایند رقیق سازی محور مطالعه قرار گرفته است. در مرحله دوم پیش گرم اکسیژن تا 480 K و رقیق سازی همزمان آن با گازهای نیتروژن یا دی اکسید کربن مورد پژوهش قرار گرفته و نتایج با حالت بدون پیش گرم مقایسه شده است. پیش گرم سبب پایداری بیشتر شعله در برابر فرایند رقیق سازی می شود و به علت بالا رفتن دمای محصولات احتراق در پیش  گرم، این شعله ها نسبت به حالت بدون پیش گرم درخشندگی بیشتری دارند.

در مقاله حاضر یک مطالعه عددی به منظور بررسی اثر شکل تاج پیستون بر روی فرایند احتراق و آلایندگی موتور دیزلی پاشش مستقیم ارایه شده است. پارامترهای مختلف فرایند احتراق، آلایندگی و میدان جریان داخل سیلندر از جمله تغییرات فشار، دمای متوسط، میدان سرعت، نرخ گرمای آزاد شده، آلایندگی و نحوه شکل گیری احتراق داخل سیلندر در سه حالت مختلف شکل تاج پیستون مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که شکل تاج پیستون اثرات قابل توجهی بر روی فرایند احتراق و آلایندگی دارد. با مقایسه نتایج می توان نتیجه گیری کرد که محفظه احتراق امگاشکل (reentrant combustion chamber) با ارتفاع برآمدگی زیاد به دلیل تشدید حرکات چرخشی (swirl and tumble flow) و احتراق دما پایین نسبت به دیگر حالت ها مقدار آلاینده های Soot و NOx کمتری دارد. هم چنین نشان داده شده است که عمق محفظه احتراق یکی از پارامترهای موثر در کنترل آلاینده هاست. نتایج به دست آمده از این مدل برای حالت استوانه ای با نتایج تجربی مقایسه شده و توافق خوبی را نشان می دهد. در حالت کلی می توان گفت که تاج پیستون امگاشکل بهترین انتخاب برای موتورهای دیزلی پاشش مستقیم می باشد ولی باید با مشخصات سیستم پاشش سوخت نیز مطابقت داشته باشد.(اصل مقاله به صورت متن کامل انگلیسی در بخش انگلیسی قابل رویت است)

در کار حاضر شبیه سازی اسپری سرد دیزل و مخلوط دیزل- ایزوپروپیل الکل با استفاده از نرم افزار اپن فوم (OpenFoam) انجام و رفتار دو سوخت مطالعه و مقایسه شده است. این اسپری به داخل یک محفظه حجم ثابت که درون آن با هوای در ابتدا ساکن و پرفشار پر شده، تزریق می شود. برای مدلسازی از یک روش اویلری- لاگرانژی به همراه شکل اصلاح شده معادلات k-e استفاده شده است. شبیه سازی اسپری در کار حاضر شامل مدلهای مختلف: اتمیزه شدن، شکست (متلاشی شدن) قطرات، نیروی پسا و نیروی ثقل است. به منظور تعیین دقت شبیه سازی، ابتدا چهار اسپری شبیه سازی شده و نتایج حاصل با نتایج تجربی و عددی موجود مقایسه شده است. سپس مقایسه دو اسپری سرد دیزل و مخلوط دیزل- ایزوپروپیل الکل مورد توجه قرار گرفته است. خواص مورد نیاز برای انجام شبیه سازی سرد اسپری های فوق به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده است. کشش سطحی با استفاده از یک سلول کشش سطحی و ویسکوزیته با استفاده از یک ویسکامتر سی بولت (ASTM D445) اندازه گیری شده اند. شبیه سازی ها برای دو سوخت در دو فشار محفظه 10 و 50 بار انجام شده است. عمق نفوذ نوک اسپری، شکل اسپری، SMD و توزیع اندازه قطرات دو اسپری گزارش و مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که SMD مخلوط دیزل- ایزوپروپیل الکل کوچکتر از دیزل خالص است، که مزیتی برای این امولسیون است. نتایج همچنین نشان داده که علی رغم وجود تفاوت زیاد در خواص دو سوخت، ساختار کلی دو اسپری تا حدود زیادی مشابه بوده و می توان مخلوط دیزل- ایزوپروپیل الکل را در موتور دیزل بدون نیاز به تغییر در انژکتور به کار گرفت.

افزایش آلودگی های زیست محیطی ناشی از به کارگیری سوخت های فسیلی باعث ترغیب پژوهشگران به تحقیق پیرامون سوخت های تجدیدپذیر و پاک شده است. یکی از مهم ترین این سوخت ها بیواتانول است که در مخلوط با بنزین سوخت مناسبی را تشکیل می دهد. به مخلوط بنزین و بیواتانول در نسبت های پایین گازول گفته می شود. در مقاله حاضر تاثیر گازول که سوختی است پاک بر آلاینده های خروجی اگزوز از قبیل منواکسید کربن (CO)، دی اکسید کربن (CO2)، هیدروکربن های نسوخته (HC) و اکسیدهای نیتروژن (NOx) در بارهای 25، 50، 75 و 100 درصد بار موتور و سرعت های 2000 و 4000 دور در دقیقه در یک موتور چهار سیلندر اشتعال جرقه ای بررسی شده است. بیواتانول با درصدهای حجمی مختلف E15, E10, E5, E0) و (E20 به بنزین اضافه شد و با استفاده از دستگاه آنالیز دود، آلاینده های اگزوز اندازه گیری شد. نتایج تحقیق نشان داد که با افزایش درصد بیواتانول در سوخت های ترکیبی، مقدار آلاینده های CO و HC کاهش و مقدار CO2 افزایش یافت. هم چنین مقدار NOx در بارهای 25، 50 و 75 درصد کاهش و در بار کامل (100 درصد) افزایش یافت.

راندمان بالای گرمایی همراه با تولید پایین اکسیدهای نیتروژن، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن را در زمره ایده های اصلی موتورهای آینده قرار داده است. کنترل زمان خود اشتعالی در موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مشکل اصلی تجاری شدن آن است. بر این اساس، الگوی هو و کک، الگوی شل و الگوی انتگرال کوبش برای پیش بینی شروع خود اشتعالی برای استفاده در سیستم کنترل موتور پیشنهاد و با هم مقایسه شدند. در الگوی انتگرال کوبش دو رابطه جدید برای پیش بینی شروع مرحله اول و دوم احتراق پیشنهاد شد. مقایسه اختلاف میانگین مقادیر به دست آمده از الگوهای نظری با مقادیر آزمایشگاهی و زمان محاسبه آنها نشان می دهد که الگوی انتگرال کوبش بهترین تطبیق و کم ترین زمان محاسبه را در پیش بینی شروع مرحله اول و دوم احتراق دارد.

امروزه بیودیزل به عنوان جایگزین سوخت دیزل شناخته شده است. این سوخت به طور عمده از انواع روغن های گیاهی تولید می شود. از آنجایی که قیمت بیودیزل تولید شده از روغن های گیاهی خوراکی بسیار بالاست لذا روغن های پسماند و غیر خوراکی به عنوان پتانسیلی با هزینه پایین برای تولید بیودیزل ترجیح داده می شوند. از این رو در این تحقیق ابتدا بیودیزل از روغن پسماند حاصل از رستوران و با استفاده از روش ترانس استریفیکاسیون تولید شد. سپس خصوصیات مهم سوخت تولید شده با استاندارد ASTM D-6751 مطابقت داده شد. پس از اطمینان از استاندارد بودن سوخت بیودیزل تولید شده، تغییر عملکرد موتور شش سیلندر پرکینز در حالت تمام بار با استفاده از ترکیبات سوخت بیودیزل و دیزل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که با اضافه کردن بیودیزل به سوخت دیزل، به دلیل احتراق کامل، میزان توان و گشتاور موتور افزایش می یابد. با توجه به ارزش گرمایی پایین بیودیزل، مقدار مصرف سوخت ویژه نیز اندکی افزایش پیدا می کند. مشاهدات کیفی نشان داد که میزان بو و دود خروجی کاهش می یابد و تغییر بو در نسبت های بالاتر بیودیزل کاملا آشکار است. در مجموع نتیجه گیری شد که با افزایش 25 درصد بیودیزل حاصل از روغن پسماند به سوخت دیزل، عملکرد موتور بدون هیچ گونه تغییر و اصلاحی در اجزای آن بهبود می یابد.(اصل مقاله به صورت متن کامل انگلیسی در بخش انگلیسی قابل رویت است)

در پژوهش حاضر، ناپایداری احتراق فرکانس پایین در موتورهای سوخت مایع مدلسازی شده و نرم افزاری برای تحلیل و پیش بینی این پدیده ایجاد شده است. برای تعیین معادله مشخصه حاکم، تداخل بین نوسانات جریان در انژکتور به عنوان نماینده سیستم تغذیه و نوسانات فشار ناشی از احتراق در محفظه، مورد بررسی قرار گرفته است. مدلسازی دینامیک احتراق با استفاده از مدل تاخیر زمانی انجام شده است. برای افزایش دقت و تشابه مدل با واقعیت دینامیک احتراق، مدل تاخیر زمانی دو گانه یا تبخیر همراه با اختلاط استفاده شده است. با استفاده از مدل ارایه شده، ناپایداری فرکانس پایین در موتورهای مایع- گاز و مایع- مایع بررسی و مرزهای پایداری و فرکانس های مربوط به آن در حالت های مختلف بررسی شده است. نشان داده شده که افزایش افت فشار انژکتورها و افزایش زمان اقامت گاز در محفظه اثرات پایدار کنندگی دارند. کاهش زمان اختلاط در موتورهای مایع- گاز اثر پایدار کنندگی دارد، اما در موتورهای مایع- مایع می تواند روندهای متفاوتی را به دنبال داشته باشد. همچنین احتمال وقوع ناپایداری فرکانس پایین فقط در بازه های فرکانسی خاصی که گسسته است، وجود دارد. نتایج به دست آمده، تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی و نظری موجود داشته و دینامیک ناپایداری احتراق فرکانس پایین را به خوبی پیش بینی می کند.