شبیه‌سازی احتراق HCCI و آلاینده‌های آن با استفاده از شبیه‌سازی چندمنطقه‌ای

نویسندگان

چکیده

هدف از مطالعه حاضر، توسعه شبیه‌سازی چندمنطقه‌ای برای عملکرد و آلاینده‌های موتورهای HCCI است. شبیه‌سازی شامل منطقه هسته، منطقه لایه مرزی، مناطق میانی (مناطقی بین دو منطقه هسته و لایه مرزی) و منطقه درزها است. حجم منطقه هسته، مناطق میانی و لایه‌های مرزی با زمان تغییر می‌یابد ولی حجم منطقه درزها همواره ثابت و برابر 3 درصد حجم فضای مرده است. برای افزایش دقت شبیه‌سازی در پیش‌بینی عملکرد موتور انتقال حرارت هدایتی بین مناطق مجاور درنظر گرفته شده است. تبادل انرژی بین لایه مرزی و دیواره‌های محفظه احتراق نیز از طریق انتقال حرارت جابه‌جایی صورت می‌گیرد. علاوه بر انتقال حرارت هدایتی، انتقال انرژی بین مناطق مجاور با انتقال جرم بین آنها صورت می‌گیرد. در حالت توسعه یافته برای شبیه‌سازی فرایند احتراق از سازوکارهای سینتیک شیمیایی مناسب سوخت استفاده شده است. برای محاسبه دقیق دما، فشار و ترکیب گازهای داخل استوانه در لحظه بسته شدن دریچه ورودی، از فرض تک‌منطقه‌ای برای شبیه‌سازی عملکرد موتور در حین فرایندهای تبادل گاز استفاده شده است. شبیه‌سازی با داده‌های تجربی احتراق HCCI هپتان نرمال و متان صحت سنجی شد. نتایج نشان می‌دهند که شبیه‌سازی دارای دقت مناسبی در پیش‌بینی آلاینده‌ها و فشار داخل محفظه احتراق است. بیشینه خطای شبیه‌سازی در پیش‌بینی CO برابر با 1.78 درصد و در پیش‌بینی UHC برابر با 12.86 درصد است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of HCCI combustion and emissions using a multi-zone model

نویسندگان [English]

  • E. Neshat Esfahlani
  • R. Khoshbakhti Saray
چکیده [English]

The main purpose of this paper is the development of a multi-zone model for the prediction of combustion, performance and emissions characteristics of HCCI engines. The developed model contained four various zones that included the core zone, the boundary layer zone, outer zones, which were between the core and the boundary layer, and the crevice zone. The core zone was the innermost zone and the boundary layer was the nearest zone to the wall. The volume of the crevice zone was constant and equaled to 3% of the volume of TDC, but the volume of other zones changed by the time. There was the conductive heat transfer between neighborhood zones. The mass transfer was considered between zones, too. There was the convective heat transfer between boundary layer gases and combustion chamber walls. Suitable chemical kinetics mechanisms were used for the accurate combustion simulation. To calculate the in-cylinder temperature, the pressure and the composition at intake valve closing, a single-zone model was used for the simulation of the gas exchange process. The model was validated using experimental data of the HCCI combustion of n-heptane and methane fuels. Results showed that the model can predict HCCI combustion, performance and emissions characteristics, accurately. The maximum error of model results for the CO prediction was equal to 1.7% and for the UHC prediction was equal to 12.86%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • HCCI engine
  • Multi-zone model
  • Chemical kinetics mechanism
  • Mass transfer
  • Heat Transfer