شکل پاشش یکی از مهم ترین پارامترهای تأثیرگذار بر عملکرد موتورهای احتراق داخلی است. در این مقاله، تأثیر سه نوع شکل پاشش مثلثی یعنی مثلث چپ، وسط، و راست که با پارامتر a برابر با به ترتیب 0، 5/0 و 1 متمایز می شوند، بر عملکرد موتور احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده بررسی و با شکل پاشش مستطیلی مقایسه شده است. با افزایش a، مقدار بازدهی ناخالص تعیین شده (GIE) و اکسیدهای نیتروژن (NOx) افزایش می یابند، در حالی که مقدار هیدروکربن های نسوخته (UHC) و مونواکسید کربن (CO) کاهش می یابد. بالاترین میزان GIE و کم ترین میزان UHC و CO مربوط به شکل پاشش مثلثی راست است که به ترتیب 9/9 درصد بیشتر و 45/27 و 51/25 درصد کمتر از شکل پاشش مستطیلی هستند، درحالی که کم ترین میزان NOx تولیدشده به وسیله ی شکل پاشش مثلثی چپ حاصل می شود که 15/14 درصد کم تر از شکل پاشش مستطیلی است.

هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد یک موتور دیزل سنگین با احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری مهار شده با سوخت های گاز طبیعی و گازوییل است که توسط گازهای هیدروژن و نیتروژن غنی سازی شده اند. در این مطالعه، موتور دیزل سنگین تک استوانه کاترپیلار تحت فشار موثر متوسط درست ناخالص معادل 9. 4 بار (در محدوده بار میانی) تنظیم شده است. مقدار سوخت تزریق شده درون محفظه احتراق در هر چرخه ثابت بوده و با فرض ثابت بودن محتوی کل انرژی سوخت ها، گازهای هیدروژن و نیتروژن با نسبت حجمی %75 به %25 به همراه گازهای بازگردانی شده از خروجی دود به تدریج به گاز طبیعی افزوده می شوند. نتایج مطالعه نشان می دهد با افزودن گازهای هیدروژن و نیتروژن به گاز طبیعی می توان سهم انرژی هیدروژن به کل سوخت ها را بدون افزایش قابل توجه شدت صوت احتراق به مقدار 40. 24% افزایش داد و به بازده درست ناخالص بیش از 50% دست یافت. همچنین، بدون تلفات قابل ملاحظه ای در توان خروجی موتور، سطوح آلاینده های موتور نظیر اکسیدهای نیتروژن، مونوکسید کربن، هیدروکربن های نسوخته و فرمالدیید کاهش قابل ملاحظه ای خواهد داشت.

احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری مهار شده به دلیل بازدهی مناسب، کاهش مصرف سوخت و ظرفیت خوب در کاهش مقدار آلایندگی یکی از راهبرد های جذاب احتراق سرد است. این نوع از احتراق در سال های اخیر به دلیل نگرانی های جهانی در مورد تخریب محیط زیست، قوانین سخت گیرانه آلایندگی، کاهش ذخایر نفت و افزایش قیمت سوخت های سنگواره ‏ای مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر احتراق اشتعال تراکمی با واکنش پذیری مهارشده، با سوخت ترکیبی دیزل و بنزین به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به صورت وابسته با واکنش شیمیایی مفصل و با استفاده از نرم‏ افزار AVL FIRE شبیه ‏سازی شده است. هدف، بررسی اثر تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل بر احتراق و آلایندگی است. در این راستا، اثرات تغییر لحظه پاشش سوخت دیزل  در بازه 20 تا 40 bTDC در دور موتور ثابت 1150 د.د.د.، بر فشار داخل استوانه‏، نرخ آزادسازی گرما، حالت احتراق و مقدار آلایندگی های مونو اکسید کربن، اکسید های نیتروژن، هیدروکربن های نسوخته و گاز گلخانه ای دی اکسید کربن بررسی شد. کاهش آلایندگی NOX با پیش‏ اندازی لحظه پاشش سوخت به 40 درجه bTDC، یکی از مهم ترین نتایج این پژوهش است. با پیش ‏اندازی لحظه پاشش سوخت دیزل، احتراق سریع تر آغاز می شود. با افزایش بازه پاشش، بیشینه فشار داخل استوانه‏ کاهش می یابد و لحظه احتراق به تعویق می افتد. همچنین با افزایش پیش ‏اندازی پاشش سوخت از 20 تا 30 درجه bTDC، مقدار مونواکسیدکربن تولیدی کاهش و با پیش ‏اندازی بیشتر آن از 30 تا 40 درجه bTDC، مقدار آن افزایش می یابد. مقدار گاز گلخانه ای تولیدی CO2 تقریباً، روند عکس تولید مونواکسیدکربن را طی می کند.

در این مقاله در 16 حالت عملکردی اثر نسبت هم ارزی بر ویژگی های احتراقی بررسی شده است. سوخت استفاده شده در این تحقیق بنزین بود و اشتعال در دو مرحله صورت گرفت. مرحله اول اشتعال وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما سرد و مرحله دوم وابسته به آزادسازی انرژی واکنش های دما داغ بوده است. شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی با در نظرگرفتن جزییات شیمیایی به عنوان روش عددی انتخاب شده است. در تمام آزمایش های انجام شده، شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی احتراق را به خوبی و به طور کامل نشان داده است. همچنین با افزایش نسبت هم ارزی، الگوی سه بعدی جلو افتادن زمان وقوع بیشینه فشار و بیشینه آزادسازی انرژی را نشان داده است اما به اشتباه شروع آزادسازی انرژی واکنش دما سرد را با تاخیر تخمین زده در حالی که شروع آزادسازی انرژی واکنش دما داغ را به درستی پیش بینی کرده است. متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

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.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

احتراق اشتعال تراکمی واکنش پذیر پایشی (RCCI) راهکار احتراقی جدیدی است که در آن مخلوط سوخت داخل استوانه توسط پاشش سوختی با واکنش­, پذیری ضعیف در مسیر ورودی همراه با پاشش چند مرحله­, ای سوختی با واکنش­, پذیری قوی در داخل استوانه فراهم می شود. در این پژوهش سعی شده است تا از مفهوم احتراق اشتعال تراکمی با واکنش­, پذیری پایشی در یک موتور دوگانه­, سوز زیست دیزل (C11H22O2) /گازطبیعی استفاده گردد و با تغییر شاخص­, های ورودی، عملکرد و مقدار آلاینده­, های خروجی موتور بررسی و مقایسه شود. در ابتدا عملکرد موتور با سوخت زیست دیزل-گاز طبیعی و دیزل-گاز طبیعی با تولید انرژی یکسان مقایسه شده و در ادامه رفتار احتراقی موتور با تغییرات زمان بندی و نرخ پاشش سوخت ارزیابی گردید. در این تحقیق از هندسه موتور کاترپیلار 3401 برای شبیه سازی های عددی با استفاده از نرم افزار تجاری Converge و الگوی احتراقی SAGE استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که سوخت زیست دیزل به علت بیشتر بودن عدد ستان و اکسیژن موجود در ترکیب خود موجب احتراق زودتر نسبت به دیزل می شود. پیش افتادن زمان شروع پاشش، کاهش مدت زمان پاشش و بیشتر شدن نرخ پاشش در مرحله اول موجب افزایش فشار، دمای متوسط و نرخ گرمای آزادشده می­, شوند و توان و بازده احتراق را افزایش می دهد. همچنین بدلیل احتراق کامل­, تر مقدار آلاینده­, های خروجی CO2، HC و دوده کاهش می­, یابند.

احتراق RCCI، برای موتورهای دیزلی، کاستی های مربوط به آلایندگی موتورهای دیزلی را، با حفظ سایر مزایای آن ها، تا حد زیادی برطرف می کند. در پژوهش های قبلی، بیشتر کارکرد و آلاینده های خروجی از موتور با احتراق RCCI بررسی شده، در حالی که در این پژوهش احتراق نوع RCCI از دیدگاه گونه های تولید و مصرف شده به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و نقش گونه های مختلف در حین فرایند احتراق مطالعه می شود. در این احتراق (RCCI) بنزین به صورت پاشش درگاهی و دیزل به صورت پاشش مستقیم انجام گرفته است. بررسی صورت گرفته نشان داد که آزادسازی انرژی ابتدا با دیزل شروع شده و آزادسازی انرژی اولیه ای انجام می شود و پس از آن انرژی بنزین آزاد می شود. پدیدار شدن گونه فرمالدهید شروع احتراق شعله سرد و مصرف سوخت دیزل را نشان داده و تولید رادیکال هیدروکسیل نیز هم زمان با آزادسازی انرژی بنزین صورت می پذیرد. همچنین، مقداری از گونه فرمالدهید با شروع تولید رادیکال هیدروکسیل مصرف می شود. آزادسازی اولیه انرژی، که ابتدا با سوخت دیزل شروع شده و سپس با سوخت بنزین ادامه می یابد، تاثیرات مثبتی به دنبال دارد. اولا، با این گونه آزادسازی ترتیبی، انرژی به تدریج آزادشده و دمای درون سیلندر افزایش ناگهانی نمی یابد بنابراین، باعث کاهش تلفات انرژی می شود. ثانیا اکسیدهای نیتروژن به دلیل پایین تر بودن دمای محلی کمتر تولید می شوند. در ادامه نیز دو زمان شروع پاشش 74-و 64-درجه لنگ و دو درصد حجمی سوخت دیزل 28 و 20 درصد مطالعه و مشاهده شد که زمان شروع احتراق اولیه تقریبا به این دو پارامتر وابسته نیست و در یک زاویه لنگ مشخص رخ می دهد. بنابراین، شروع احتراق اولیه فقط وابسته به دماست. اما به دلیل اینکه شروع احتراق اصلی علاوه بر دما به نسبت هم ارزی نیز وابسته است دو متغیر زمان شروع پاشش و مقدار سوخت دیزل تاثیر خود را در این بخش نشان می دهند.

هدف از این مطالعه بررسی تاثیر زمان شروع تزریق بر جملات مختلف اگزرژی موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی ((RCCI با سوخت گاز طبیعی و هپتان نرمال که به ترتیب سوخت با واکنش پذیری پایین و بالا در نظر گرفته شده اند، می باشد. موتور با استفاده از یک مدل سه بعدی شبیه سازی شده و داده های به دست آمده با داده های تجربی روش عددی مقایسه شده و صحت مدل مورد ارزیابی قرار گرفته است. اگزرژی ترمومکانیکی، اگزرژی شیمیایی، کار، اگزرژی انتقال یافته در اثر انتقال گرما و مقدار بازگشت ناپذیری در هر گام زمانی محاسبه شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با زودهنگام کردن زمان شروع پاشش سوخت، به دلیل وجود زمان بیشتر اختلاط سوخت و هوا، سوخت کاملتر می سوزد. همین امر باعث می شود تا دمای بار داخل سیلندر بالا باشد که موجب می شود تا اگزرژی انتقال گرما به دلیل افزایش انتقال گرما زیاد شود. به علاوه بالا بودن دما در حالتی که زمان شروع پاشش زودهنگام شده است، باعث می شود که بازگشت ناپذیری به دلیل افزایش تعداد واکنش های شیمیایی، افزایش یابد.