بررسی عددی اثر تغییر زمان پاشش سوخت بر تأخیر احتراق، متغیرهای عملکردی و انتشار آلایندگی موتور دوگانه‌سوز دیزل/گاز با دینامیک سیالات محاسباتی

نویسندگان

چکیده

امروزه به دلیل کاربرد وسیع موتورهای اشتعال تراکمی در حمل و نقل شهری و نیز لزوم کاهش انتشار آلاینده ‏های خروجی و همچنین مهار مصرف سوخت باعث شده تا استفاده از سوخت‌های جایگزین در موتور دیزل متداول گردد. به طوریکه یکی از رایج ‏ترین سوخت‏های جایگزین در موتورهای دیزلی، سوخت‏ های گازی هستند. استفاده از سوخت‏ های جایگزین در موتورهای اشتعال تراکمی مستلزم مطالعه اثرات احتراقی و نحوه تشکیل مخلوط قابل اشتعال در محفظه احتراق این نوع از موتورهاست. متغیرهای پاشش سوخت در کیفیت خود اشتعالی موتورهای دوگانه‌سوز دیزل/گاز نقش بسزائی را ایفا می‏ کنند. از جمله متغیرهای مرتبط با پاشش سوخت، زمان پاشش و نحوه اختلاط سوخت‌ها با یکدیگر است. به منظور بررسی اثر زمان پاشش سوخت بر کیفیت احتراق موتورهای دوگانه‌سوز دیزل/گاز مطالعه‏ ای انجام شد. در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، کیفیت احتراق موتوردوگانه ‏سوز دیزل/گاز ارزیابی شد. برای دستیابی به این هدف، شروع زمان پاشش سوخت در سه حالت 22، 18و  14 درجه قبل از نقطه مکث بالا و درصد اختلاط سوخت متان – ان هپتان با درصدهای10-90، 15-85 و 25-75 مد نظر قرار گرفت. نتایج مطالعات عددی نشان داد که با افزایش زمان پاشش سوخت در موتور دوگانه‏ سوز دیزل/گاز، دمای محفظه احتراق و قله فشار استوانه افزایش‌ یافت و همچنین موجب افزایش طول تأخیر احتراق شد. افزایش قله فشار استوانه موجب افزایش متغیر فشار متوسط نامی شد و متعاقب آن گشتاور خروجی به مقدار 16 درصد افزایش یافت. با بیشتر شدن نرخ جرمی سوخت مایع در مخلوط قابل اشتعال کاهش تأخیر احتراق و افت قله فشار متوسط نامی رخ داد به طوری که گشتاور خروجی به مقدار 17درصد و توان نامی به مقدار 70 درصد کاهش پیدا کرد. با کاهش مدت زمان پاشش سوخت در دورهای تُند توان نامی بهبود یافت و نتایج انتشار آلایندگی نیز نشان داد که پیش ‏رسی پاشش موجب افزایش 31 درصد اکسید ازت و 16درصد کربن دی‌اکسید می‏شود که نشان‌دهنده بهبود کیفیت خود اشتعالی در موتور دوگانه‏ سوز دیزل/گاز است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study of the effect of fuel injection timing on the ignition delay, performance parameters and exhaust emission of gas/dual fuel diesel engine using Computational Fluid Dynamics

چکیده [English]

Today, due to the various usage of compression ignition engines in urban transportation, as well as the need to reduce exhaust emissions and control fuel consumption, the use of alternative fuels has become common in diesel engines. Gaseous fuel is one of the most common alternative fuels that can be used in diesel engines. The utilization of alternative fuels in compression ignition engines requires the study of the combustion quality and the type of flammable mixture formation in the combustion chamber. Fuel injection parameter play a significant role in the combustion quality of dual-fuel diesel/gas engines. The injection timing and gaseous fuel mixing percentage together are among the parameters associated with fuel injection. In order to investigate the effect of fuel injection timing on the combustion quality of dual-fuel diesel / gas engines, a study was conducted. In this research, dual-fuel diesel engine is evaluated at two different speeds using the CFD method. To this research, three modes were selected for the fuel IT: BTDC 22°, BTDC 18° and BTDC 14° and three modes for gaseous fuel mixing percentage: 90%-10%, 85%-15% and 75%-25%. The results of numerical studies showed that with increasing fuel injection timing in a diesel / gas dual-fuel engine, the combustion chamber temperature and cylinder pressure peak (PCP) was increased. Increasing the IT also increased the ignition delay, diesel Knocking and distanced the PCP curve from TDC. The IMEP and output torque increased by 16% as the PCP increased. As the mass flow rate of pilot fuel increased, the ignition delay decreased, causing the PCP to fall. The output torque and indicator power decreased by 17% and 70% respectively. Reducing the fuel IT at high speed, the indicator power improved and the emission results showed that the IT advancing increased the NOx and CO2 by 31% and 16% respectively, indicating improved combustion quality in the dual-fuel diesel engine.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dual-fuel diesel engine
  • Parametric performance
  • Computational fluid dynamic
  • Emission of pollutants
  • injection timing