شبیه سازی عددی موتورهای احتراق تراکمی سوخت همگن (HCCI) پاشش مستقیم با سوخت گاز طبیعی و دیزل

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استادیار، عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب

چکیده

موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن (HCCI) ایده‌ای جدید برای کاهش آلاینده‌ها و همچنین میزان مصرف سوخت در موتورهای احتراق داخلی می‌باشد. به خاطر وضع قوانین سخت‌گیرانه در مورد آلاینده‌های تولیدی، تحقیقات زیادی بر روی این موتورها به عنوان روش جایگزین موتورهای دیزل معمولی انجام شده است. در این تحقیق با استفاده از مدلسازی سه‌بعدی به روش CFD، ابتدا احتراق مخلوط همگن سوخت دیزل سپس حالت دو‌سوخته مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین سوخت دیزل بصورت پاشش مستقیم درون محفظه تزریق می‌شود. در حالت دو سوخته نیز گاز متان بصورت مخلوط همگن با هوا وارد سیلندر شده و سوخت دیزل به عنوان سوخت پاششی خواهد بود. نتایج نشان می‌دهد دمای ورودی نقش بسیار مهمی در تبخیر سوخت مایع و نتیجتاً بهبود احتراق ایفا می کند. ضمن اینکه در حالت دو سوخته، با کاهش دمای ورودی و افزایش سوخت گازی، علاوه بر اینکه توان و بازده موتور افزایش می‌یابد، مقدارآلاینده های خروجی، با توجه به استانداردهای تعیین شده، در حد قابل قبولی خواهند بود.

کلیدواژه‌ها


[1]    Heywood, J.B., "Internal Combustion Engine Fundamentals", McGraw Hill, New York, (1988).

 

[2]    Eichlseder, H., and Wimmer, A., “Potential of IC-engines as Minimum Emission Propulsion System”, Atmos. Environ. Vol. 37, pp. 5227–5236, (2003).

 

[3]    Kiely, G., "Environmental Engineering", McGraw-Hill, New York, (1998).

 

[4]    www.epa.gov/air/urbanair

 

[5]    Yao, M., Zheng, Z.h., and Liu, H., "Progress and Recent Trends in Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engines", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 35, No. 5, pp. 398-437, (2009).

 

[6]    Stanglmaier, R.H., and Roberts, C.E., "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits", Compromises and Future Engine Applications, SAE Technical Paper, 1999-01-3682, (1999).

 

[7]    Gan, S., Ng, H.K., and Pang, K.M., "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Combustion", Implementation and Effects on Pollutants in Direct Injection Diesel Engines Applied Energy, Vol. 88, No. 3, pp. 559–567, (2011).

 

[8]    Kimura, S., Aoki, O., Ogawa, H., Muranaka, Sh., and Enomoto, Y., "New Combustion Concept for Ultra-clean and High-efficiency Small DI Diesel Engines", SAE Technical Paper, 1999-01-3681, (1999).

 

[9]    Ogink, R., and Golovitchev, V., "Gasoline HCCI Modeling: Computer Program Combining Detailed Chemistry and Gas Exchange Process", SAE, Vol. 3614, pp. 2001-2001, (2001).

 

[10]    Zhao, H., Peng, Z., and Ladommatos, N., "Understanding of Controlled Auto Ignition Combustion in Four-stroke Gasoline Engine. Proc. Inst. Mech. Eng. Vol. 215, Part D, pp. 1297–1310, (2001).

 

[11]    Stanglmaier, R. H., and Roberts, C. E., "Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits", Compromises and Future Engine Applications. SAE Technical Paper, No. 1999-01-3682.

 

[12]    Fiveland, S. B., Agma, R., Christensen, M.,  Johansson, B., Hilters, J., Maus, F., and Assanis, D.N.,  "Experimental and Simulated Results Detailing the Sensitivity of Natural Gas HCCI Engines to Fuel Composition", SAE Technical Paper, No. 2001-01-3609, (2001).

 

[13]    Hanjalic, K., Popovac, M., and Hadziabdic, M., “A Robust Near-wall Elliptic Relaxation Eddy-viscosity Turbulence Model for CFD”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 25, pp. 1047–1051, (2004).

 

[14]    Durbin, P., “Near-wall Turbulence Closure Modeling without Damping Functions”, Theoretical and Computational Fluid Dynamics, Vol. 3, pp. 1–13, (1991).

 

[15]    Colin, O., and Benkenida, A., “The 3-Zones Extended Coherent Flame Model (ECFM3Z) for Computing Premixed/Diffusion Combustion”, Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 59, No. 6, pp. 593-609, (2004).

 

[16]    Merker, G. P., Schwarz, C., Stiesch, G., and Otto, F., "Simulating Combustion: Simulation of Combustion and Pollutant Formation for Engine-development", Springer, Heidelberg, Germany, (2006).

 

[17]    Help Document of CFD AVL FIRE Software, Part: "Evaporation".

 

[18]    Zhang, Y., Kong, S., and Reitz, R., "Modeling and Simulation of a Dual Fuel (Diesel/Natural Gas) Engine with Multidimensional CFD", SAE Technical Paper 2003-01-0755, 2003, doi: 10.4271/2003-01-0755.

 

[19]    Minetti, R., Carliner, M., Therssen, E., and Sochet, L.R., "A Rapid Compression Machine Investigation of Oxidation and Auto-ignition of n-heptane", Measurements and Modeling, Combust Flame, Vol. 102, No. 3, pp. 298–309, (1995).

 

[20]    Pekalski, A.A., Zerenberg, J.F., Pasman H.J., Lemkowitz, M., Dahoe, A.E., and Scarlett, B., "The Relation of Cool Flames and Auto-ignition Phenomena to‌ Process Safety at Elevated Pressure and Temperature", J. Hazard Mater, Vol. 93, pp. 93–105, (2002).

 

[21]    Xingcai, L., Yuchun, H., Libin, J., and Zhen, H., "Heat Release Analysis on Combustion and Parametric Study on Emissions of HCCI Engines Fuelled with 2-Propanol/n-heptanes Blend Fuels", Energy Fuels, Vol.  20, pp. 1870–1878, (2006).

 

[22]    Hernandez, J.J., Sanz-argent, J., Benajes, J., and Molina, S., "Selection of a Diesel Fuel Surrogate for the Prediction of Auto-ignition under HCCI Engine Conditions", International Journal of Fuel, Vol. 87, pp. 655–665, (2008).

[23]    Yoshiaki, N., Yasuo, A., and Aoyagi, Y., "Premixed Lean Diesel Combustion (PREDIC) using Impingement Spray System", SAE Paper, No. 2001-01-1892, New ACE Institute Co, Ltd.

 

[24]    Papagiannakis, R. G., and Hountalas, D.T., “Combustion and Exhaust Emission Characteristics of a Dual Fuel Compression Ignition Engine Operated with Pilot Diesel Fuel and Natural Gas”, Energy Conversion and Management. Vol. 45. pp. 2971-2987, (2004).

 

[25]    www.dieselnet.com