تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

بهبود مدل‌سازی فاصله خاموشی و انتقال حرارت شعله‌ پیش آمیخته متان-هوا در نزدیکی دیواره براساس اصلاح خواص ترمودینامیکی ‌وابسته به دما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گرایش قوای محرکه، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 گروه قوای محرکه، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22034/er.2026.2074451.1105
چکیده
در موتورهای احتراق داخلی (IC)، پدیده خاموشی شعله توسط دیواره عامل کلیدی در تعیین انتشار هیدروکربن‌های نسوخته و راندمان احتراق است. با توجه به گرادیان‌های حرارتی تند، مقیاس‌های زمانی کوتاه و عدم قطعیت در ارزیابی خواص ترمودینامیکی، پیش‌بینی عملی فاصله خاموشی شعله با وجود اهمیت آن هنوز دشوار است. به منظور افزایش دقت پیش‌بینی‌ فاصله خاموشی شعله، در این مطالعه یک مدل اصلاح‌شده توسعه داده شد. ابتدا سرعت سوختن آرام شعله متان پیش‌آمیخته استوکیومتری با استفاده از بسته نرم‌افزاری CANTERA با مکانیسم شیمیایی دقیق GRIMECH 3.0 محاسبه شد و نتایج در مقایسه با اندازه‌گیری‌های تجربی اعتبارسنجی شدند که تطابق عالی با حداکثر انحراف، به میزان تنها 0.68٪ را نشان می‌داد. به ویژه در پیش‌بینی شارحرارتی دیواره و فاصله خاموشی شعله، مدل حاضر تطابق قابل توجه بهتری با اندازه‌گیری‌های تجربی نشان داد. مشاهده شد که با ارزیابی دقیق‌تر خواص ترمودینامیکی، حداکثر خطا در محاسبه فاصله خاموشی شعله از 12.6٪ به 8.9٪ کاهش یافت. یافته‌ها نشان داد که با افزایش دمای دیواره از 300 کلوین به 500 کلوین، شار حرارتی دیواره بیشتر و فاصله خاموشی کوتاه‌تر می‌گردد به طوری که از 0.2 میلی‌متر به 0.13 میلی‌متر می‌رسد. با در نظر گرفتن همه جوانب، روش پیشنهادی چارچوب قابل اعتمادتری برای شبیه‌سازی خاموشی شعله ارائه می‌دهد و اطلاعات مفیدی به جهت افزایش راندمان احتراق موتور و کاهش انتشار آلودگی ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Improved Modeling of Head-on-Quenching Distance and Heat Transfer of Premixed Methane–Air Flames Based on Corrected Temperature-Dependent Thermodynamic Properties

نویسندگان English

amir hossein hassanlou 1
Ali Qasemian Moqadam 2
1 Department of Powertrain, Faculty of Automotive Engineering, Iran University of Science and Technology, tehran, iran
2 Department of Powertrain, Faculity of Auromotive Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In internal combustion (IC) engines, the flame-wall quenching phenomenon is a key factor in determining emissions of unburned hydrocarbons and combustion efficiency. Due to steep thermal gradients, short time scales, and uncertainties in assessing thermodynamic properties, quenching distance prediction is still difficult despite its practical significance. In order to increase the precision of quenching distance predictions, a modified model was developed in this study. First, laminar burning velocity of Stoichiometric premixed methane flame were calculated using the CANTERA software package with the detailed chemical mechanism GRIMECH 3.0, and the results were validated against the experimental measurements showing excellent agreement with a maximum deviation of only 0.68%. Particularly when it came to forecasting wall heat flux and quenching distance, the present model showed noticeably better agreement with experimental measurements. It was observed that with a more accurate evaluation of the thermodynamic properties, the maximum error in calculating the flame quenching distance was reduced from 12.6% to 8.9%. The findings demonstrated that with an increase in the wall temperature from 300 K to 500 K, results in a greater wall heat flux and a shorter quenching distance from 0.2 mm to 0.13 mm. All things considered, the suggested method offers a more trustworthy framework for simulating flame quenching and offers insightful information for enhancing engine combustion efficiency and lowering pollution emissions.

کلیدواژه‌ها English

Laminar flame
Wall heat flux
, Quenching distance
Flame-Wall Interaction
Methane

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 03 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 27 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 11 شهریور 1405