بررسي عددي تاثير سوخت گاز طبيعي بر احتراق و آلايندگي موتور اشتعال تراكمي كنترل واكنشي (RCCI)

دكتري

چكيده احتراق دماي پايين يك فناوري نوظهور در موتورهاي احتراق داخلي است كه توانايي كاهش همزمان آلاينده¬هاي اكسيدهاي نيتروژن (NOx) و دوده (Soot) را داراست، در حاليكه بازده حرارتي بالا را حفظ مي¬كند. استراتژي¬هاي احتراق دما پايين شامل اشتعال تراكمي مخلوط همگن ، اشتعال تراكمي پيش¬آميخته و اشتعال تراكمي كنترل واكنش¬پذيري مي¬باشند. استراتژي¬هاي احتراق دما پايين از تزريق زودهنگام سوخت استفاده مي¬كنند تا زمان كافي براي تركيب سوخت و هوا قبل از احتراق فراهم كنند. برخي از اين استراتژي¬ها به دليل مشكلاتي كه در كنترل نرخ آزادسازي گرما و فقدان مكانيزم كنترل فاز احتراق دارند، براي كاربرد در موتور خودروهاي آينده اميد بخش نيستند. براي حل اين مشكلات، اشتعال تراكمي كنترل واكنش¬پذيري (RCCI) معرفي شده است كه در واقع همان اشتعال تراكمي پيش¬آميخته (PCI) دوسوخته است كه از پاشش سوخت با واكنش¬پذيري پايين (مانند بنزين، گاز طبيعي و سوخت¬هاي الكلي) در چندراهه ورودي و پاشش مستقيم سوخت با واكنش پذيري بالا (مانند ديزل، بيوديزل و دي¬متيل¬اتر) در داخل محفظه احتراق استفاده مي¬كند. در اين استراتژي احتراقي، دو سوخت با خصوصيات خوداشتعالي مختلف (معمولاً بنزين و ديزل) در محفظه احتراق مخلوط مي¬شوند تا مدت زمان احتراق را افزايش دهند و امكان كنترل فاز احتراق را مهيا كنند. مدت زمان احتراق با مطبق¬سازي (ناهمگني) فضايي بين دو سوخت و فاز احتراق با ميزان نسبي دو سوخت كنترل مي شوند. اين رساله به بررسي تاثير استفاده از سوخت گاز طبيعي بجاي بنزين بر احتراق و آلايندگي موتور RCCI مي¬پردازد. در همين راستا سه هدف اصلي مورد توجه قرار گرفته است. در اين رساله با استفاده از دو كد كيوا و كمكين و نرم¬افزار كانورج ، به بررسي احتراق و آلايندگي يك موتور RCCI با استفاده از سوخت گاز طبيعي و ديزل پرداخته شده است. نتايج شبيه سازي با استفاده از نتايج موجود در ادبيات فن صحه¬گذاري شده است. به دليل اينكه مدل¬هاي اسپري، آشفتگي، آلاينده¬ها و ... در كد كيوا قديمي هستند، نتايج بدست آمده از كيوا و كمكين قادر به پيش¬بيني دقيق فشار داخل سيلندر نبود. لذا در ادامه از نرم¬افزار جديد و تخصصي كانورج استفاده شد. نتايج بدست آمده از كانورج دقت بسيار خوبي در پيش¬بيني فشار داخل سيلندر و نرخ آزادسازي گرما و مقادير آلاينده¬هاي خروجي موتور داشت. سپس اثرات نسبت جرمي دو سوخت، استراتژي پاشش سوخت ديزل، دماي اوليه، سرعت موتور، تركيب سوخت گاز طبيعي و هندسه كاسه پيستون بر روي عملكرد و آلايندگي موتور RCCI در حالت استفاده از گاز طبيعي و ديزل بررسي شد. با تغيير استراتژي پاشش، بازده و آلاينده¬هاي اكسيدهاي نيتروژن و دوده بهبود يافتند، ولي آلاينده¬هاي هيدروكربن¬هاي نسوخته (UHC) و مونواكسيدكربن (CO) افزايش يافتند. نتايج بدست آمده نشان داد كه براي كاهش آلاينده¬هاي اكسيدهاي نيتروژن و دوده، افزايش كسر جرمي گاز طبيعي، به جلو انداختن زمان¬هاي پاشش اول و دوم سوخت ديزل و افزايش كسر جرمي ديزل در زمان پاشش اول توصيه مي¬شود. در بحث تركيب سوخت گاز طبيعي، گاز با عدد وب پايين¬تر شدت صدا و آلاينده¬ اكسيدهاي نيتروژن كمتري توليد مي¬كند. بررسي اثر هندسه كاسه پيستون نشان داد كه بهترين هندسه از نظر عملكرد و آلايندگي براي موتور RCCI مورد مطالعه، هندسه وان¬حمامي (bathtub) مي¬باشد. همچنين نشان داده شد كه عمق كاسه پيستون و اندازه پخ (chamfer) در ميزان توليد آلاينده هيدروكربن¬هاي نسوخته تاثيرگذار هستند. كلمات كليدي: موتور اشتعال تراكمي كنترل واكنش¬پذيري، احتراق، آلايندگي، بازده، گاز طبيعي، هندسه كاسه پيستون

188667

دانشگاه علم و صنعت ايران

خودرو

دكتر اميرحسن كاكايي