بررسی آلاینده‌های موتوری اشتعال جرقه‌ای با سوخت مخلوط متان و هیدروژن

نویسندگان

چکیده

امروزه، با توجه به ذخایر گسترده گاز طبیعی در جهان و همچنین رویکرد جهانی به کاهش آلاینده‌های محیط زیست، گسترش استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک، در دستور کار بسیاری از کشورهای جهان قرار گرفته است. طرح‌های متنوعی برای گازسوز کردن موتورهای احتراق داخلی ارائه شده است. مخلوط کردن گاز طبیعی با سوخت‌های دیگر برای استفاده از مزایای توأم هر یک از آنها، یکی از این طرح‌هاست. یکی از این مخلوط‌ها، ترکیب متان و هیدروژن با توجه به خصوصیات منحصر به فرد هر کدام است. در این مقاله، برای بررسی عملکرد موتور اشتعال جرقه‌ای با سوخت مخلوط متان و هیدروژن، از شبیه‌سازی ابعادی دوناحیه‌ای استفاده شده است. ترکیب شیمیایی مخلوط درون استوانه 11 گونه شیمیایی است که با فرض تعادلی بودن واکنش‌ها تعیین شده اند. برای تعیین آلاینده اکسید نیتروژن و مونواکسیدکربن بترتیب از معادله سینتیکی زلدویچ توسعه یافته و معادله سینتیک شیمیایی دومرحله‌ای استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با داده‌های تجربی موجود در مراجع صحه‌گذاری شده است. تطابق این نتایج نشانه دقت مناسب شبیه‌سازی در پیش‌بینی عملکرد موتور است. اثر ترکیب‌های مختلف متان و هیدروژن با غناهای (نسبت هم‌ارزی) مختلف بر آلاینده‌ها بررسی شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of spark ignition engine emissions fueled by blended hydrogen and methane

نویسندگان [English]

  • M. Afshari
  • J. Hashemi Daryan
  • S.A. Jazayeri
  • R. Ebrahimi
  • O. Jahanian
چکیده [English]

Nowadays, considering vast natural gas reserves in the world and also the general approach to reduce environmental contaminants, the use of the natural gas as the clean fuel has been increased in many countries. Various schemes have been offered to use the natural gas in internal combustion engines. Blending the natural gas with other fuels in order to profit their different advantages is one of plans. Due to their unique characteristics, one of blends is hydrogen and methane. In this paper, a semi-dimensional, two-zone model has been used to study the performance of the hydrogen-methane fueled spark ignition engine. The in-cylinder mixture chemical composition included 11 chemical species, which were determined by the chemical equilibrium assumption. The extended Zeldovich mechanism was used to model the nitrogen oxides concentration. In addition, in order to predict the carbon monoxide concentration, a two-stage chemical kinetic mechanism was utilized. The model validation was done by comparing the results with literature experimental studies. A good agreement between results showed that the model had a good accuracy in predicting the performance of the engine. Engine emissions were compared and thoroughly discussed in different hydrogen-methane compositions and also equivalence ratios.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spark ignition engine
  • Blended fuel
  • Methane
  • Hydrogen
  • Emission