شبیه‌سازی دقیق فواره کم فشار سوخت و آب در موتورهای احتراق داخلی؛ مطالعۀ عددی و آزمایشگاهی

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت ایران

2 شرکت تحقیق طراحی و تولید موتور ایرانخودرو (ایپکو)

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

یکی از راه حل‌های کاهش آلاینده‌ها و افزایش توان موتور استفاده از پاشش آب در موتورهای احتراق داخلی است. در این نوع از موتورها فواره سوخت و آب نقش مهمی در عملکرد موتور ایفا می‌کنند. در همین راستا هدف مطالعه پیش­رو شبیه­سازی دقیق فواره‌های سوخت و آب و ارائه ضرایب بهینه برای رسیدن به بهترین نتایج مدلسازی فواره است. بدین منظور ابتدا ویژگی­های کلیدی فواره با انجام کار آزمایشگاهی که شامل عکسبرداری از فواره در یک محفظه شیشه­ای با دوربین پر سرعت و سپس پردازش تصویر است، برای هر دو فواره سوخت و آب استخراج گردیده است. در ادامه شبیه­سازی دو فواره سوخت و آب به صورت سه­بعدی در نرم­افزار تجاری کانورج به کمک مدل­های فیزیکی مناسب برای تعیین رفتار فواره به طور کامل انجام شده است. تحلیل حساسیت و نتایج شبیه‌سازی فواره بر اساس مدل‌های موجود حاکی از آن بود که مهم­ترین تاثیر در رفتار فواره مربوط به مدل شکست است. نتایج این بررسی نشان می­دهد که فواره آب بسیار صلب است و با ایجاد تغییر در پارامترهای پاشش و ضرایب مدل­های فیزیکی، تغییر محسوسی در رفتار آن به­وجود نمی­آید. در نهایت به کمک نتایج تجربی موجود و پس از شناسایی دقیق عوامل موثر بر شبیه‌سازی و میزان اثرگذاری آنها، ضرایب بهینه برای مدل‌های موجود در شبیه‌سازی فواره سوخت و آب در افشانه­های کم­فشار که در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار می­گیرند، معرفی گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Accurate Simulation of Low-Pressure Port Fuel and Water Spray in Internal Combustion Engines; Numerical and Experimental Study

نویسندگان [English]

  • Hadi Nazari Kian 1
  • Ali Qasemian 1
  • Hamidreza Fajri 2
  • Mahdi Nazari Chekoveri 3
1
2
3
چکیده [English]

One of the solutions to reduce pollutants and increase engine power is to use water spray in internal combustion engines. In this type of engine, fuel and water sprays play an important role in engine performance. In this regard, the purpose of this study is to accurately simulate fuel and water sprays and provide optimal coefficients to achieve the best simulation results. For this purpose, the key features of the spray were first determined for both fuel and water through an experimental work involving high-speed camera photography for the spray in a glass chamber and then using image processing. Next, the three-dimensional simulation of both fuel and water sprays in CONVERGE CFD software was performed completely with the help of suitable physical models to determine the behavior of the spray. Sensitivity analysis and simulation results indicate that the most important effect on the spray behavior in simulation is related to the break-up model. Results also show that water spray has a very solid sstructure so did not show significant change on its behavior by change of injection parameters or model constants. Finally, after accurately identifying the factors affecting the simulation and their effectiveness along with the help of the experimental results, the best coefficients of existing models for accurate simulation of low-pressure fuel and water spray used in IC engines were introduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Internal combustion engine
  • spray simulation
  • Fuel spray
  • water spray
  • break-up model