انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421An Automatic Mechanism Reduction Process in Order to Model the Combustion in an HCCI Engine Fueled with Natural Gas and N-heptaneفرایند کاهش مکانیزم خودکار به منظور مدلسازی احتراق در یک موتور HCCI با سوخت گاز طبیعی و هپتان نرمال46169FAوحید محمدیدانشگاه صنعتی سهندرحیم خوشبختی سرایدانشگاه صنعتی سهندامیر کارگر امجددانشگاه صنعتی سهندکیوان بهلولیدانشگاه مدیترانه شرقیJournal Article20131124HCCI combustion engines due to their low fuel consumption and pollution have been studied by many researchers in recent years. Along with several experimental researches performed on these engines, mathematical modeling has also been utilized as a tool for prediction of their combustion, performance and pollution behaviours. Although use of detailed chemical kinetic mechanisms in the combustion models will result in a proper prediction of the above-mentioned behaviours, a significant increase in the computational time particularly for the more accurate combustion models will also occur. In order to overcome this challenge, mechanism reduction process in HCCI combustion engine conditions has been considered in the current study. In this direction, an optimized single-zone combustion model has been used as a necessary tool for simulation of combustion. Based on the studies performed in the current work, the Directed Relation Graph with Error Propagation (DRGEP) method, thanks to its low computational time while having high accuracy, has been selected as a proper method for the mechanism reduction process. Additionaly, instead of the traditional single-stage reduction approach, a novel approach based on gradual reduction with error propagation has been used. Therefore, the mechanism reduction process has been executed fully automatically in a wide interval of operating conditions of HCCI engine on GRI-Mech3.0 mechanism for simulation of combustion of natural gas, and on the Golovichevandrsquo;s mechanism for simulation of combustion of n-heptane. At the end of this process, the sizes of these two mechanisms were reduced from 53 species and 325 reactions, and 57 species and 290 reactions to 24 species and 95 reactions, and 42 species and 146 reactions, respectively. The errors caused by reduction, however, were remained less than 1 percent at all conditionsموتورهای احتراقی HCCI، به دلیل مصرف سوخت و آلایندگی پایین، در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته اند. همزمان با پژوهش های آزمایشگاهی متعددی که در مورد این موتورها صورت گرفته است، مدلسازی ریاضی نیز همواره به عنوان ابزاری برای پیش بینی رفتار احتراقی، عملکردی و آلایندگی آن ها به کار رفته است. هرچند استفاده از سازوکارهای سینتیک شیمیایی مفصل در مدل های احتراقی به پیش بینی مناسبی از رفتارهای یادشده خواهد انجامید، اما از سوی دیگر این امر به افزایش قابل توجه زمان محاسبات خصوصاً در مدل های احتراقی دقیق تر نیز منجر خواهد شد. در پژوهش حاضر، با هدف رفع این مشکل، فرایند کاهش مکانیزم در شرایط موتور احتراقی HCCIمدنظر قرار گرفت. در این راستا، از یک مدل تک منطقه ای بهینه سازی شده به عنوان ابزار لازم برای شبیه سازی احتراق استفاده شد. براساس مطالعات انجام شده در این پژوهش، روش گراف روابط جهت دار به همراه انتشار خطا (DRGEP)، به دلیل زمان محاسباتی پایین در عین دقت بالا، به عنوان روش مناسب برای فرایند کاهش مکانیزم انتخاب شد.علاوه بر این، به جای رویکرد سنتی کاهش تک مرحله ای، از یک رویکرد نوین مبتنی بر کاهش تدریجی مجهز به کنترل خطا بهره گرفته شد. با این رویکرد، فرایند کاهش مکانیزم به صورت کاملاً خودکار در بازه وسیعی از شرایط کارکردی موتور HCCI بر روی مکانیزم GRI-Mech3.0 برای شبیه سازی احتراق سوخت گاز طبیعی، و مکانیزم گالوویچف برای شبیه سازی احتراق هپتان نرمال اجرا شد. در انتهای این فرایند، اندازه این دو مکانیزم به ترتیب از 53 گونه و 325 واکنش، و 57 گونه و 290 واکنش، به مقادیر 24 گونه و 95 واکنش، و 42 گونه و 146 واکنش کاهش یافت.با این وجود خطای کاهش در همه حالت ها کمتر از 1 درصد باقی ماند.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421Large Eddy Simulation of Fire-induced Flow behind a Combustible Vertical Wallبررسی جریان القایی در هنگام آتش سوزی در مجاورت دیوار عمودی آتش گیر به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ46170FAهادی پاسدار شهریدانشگاه تربیت مدرسقاسم حیدری نژاددانشگاه تربیت مدرسکیومرث مظاهریدانشگاه تربیت مدرسJournal Article20131124Large eddy simulation (LES) is performed to investigate oscillation behavior and time-averaged values of the fire behind a vertical wall. One-Equation sub-grid scale (SGS) model is used for turbulent closure. The combustion is assumed to be non-premixed. Also, modified eddy dissipation concept (EDC) and discrete ordinate methods (DOM) are used for incorporating combustion and radiation, respectively. The models are applied for the total heat release rate (HRR) of 36 kW and 54 kW. The numerical results are validated against experimental measurements. The time-averaged temperature and velocity are in a good agreement with the experiments. Generally, the accuracy of the predictions reduces considerably near the wall surface. The oscillating behaviorsof the simulated quantities show the three-dimensional and asymmetric nature of the induced flow.In addition, the amplitude of the vertical velocity fluctuation reduces with increase in normal distance from the vertical wall. This fluctuation increases with increase in the height from the area where the fuel is burning.در این مقاله، رفتار نوسانی و متوسط زمانی آتش سوزی در مجاورت دیوار عمودی و جریان القایی آن در حالت سه بعدی و ناپایا به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ بررسی شده است. به منظور افزایش دقت محاسبه لزجت اغتشاشی، از مدل یک معادله ای برای اعمال اثرات زیرشبکه استفاده شده است. مدل سازی احتراق بر مبنای احتراق غیر پیش آمیخته و با استفاده از مدل اصلاح شده اتلاف گردابه برای روش شبیه سازی گردابه های بزرگ و مدل سازی تابش به روش جهات گسسته صورت گرفته است. دو میزان نرخ حرارت آزادشده 36 و 54 کیلووات در حالت بزرگ مقیاس ارزیابی شده است. مقایسه مقادیر متوسط زمانی دما و سرعت حاصل از مطالعه حاضر با نتایج تجربی نشان می دهد که روش استفاده شده تغییرات دما و سرعت را در مجاورت دیوار با تخمین قابل قبولی محاسبه می کند، اما به طور کلی در فواصل نزدیک به دیوار خطای تخمین دما و سرعت افزایش می یابد. بررسی رفتار نوسانی آتش نشان می دهد که دامنه تغییرات سرعت عمودی لحظه ای با دورشدن از دیوار در راستای عمود بر آن کاهش می یابد. علاوه بر آن، شدت نوسانات در راستای موازی با دیوار با دورترشدن از ناحیه تشکیل شعله به شکل قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421A Numerical Investigation of Combustion and Injection in a DISI CNG Engineمطالعه عددی نقش شکل تاج سمبه و محل شمع در عملکرد موتور اشتعال جرقه ای با پاشش مستقیم گاز طبیعی فشرده46171FAبیژن یداللهیدانشگاه صنعتی امیرکبیرمسعود برومنددانشگاه صنعتی امیرکبیرJournal Article20131124In this study, a numerical model has been developed in AVL FIRE software to investigate combustion and injection inside the cylinder of a direct injection spark ignition CNG engine. In this regard two parts have been taken into consideration. In the first part of the study, gas injection via a single-hole injector into the cylinder with five different piston head geometries has been investigated. Using quantitative and qualitative representations of the results, the suitable combustion chamber geometry for DI application has been discussed. In the second part, combustion studies have been performed based on the selected geometry from the first part. Spark plug location and ignition timing have been investigated as two of the most important combustion variables. Five different configurations for the spark plug have been taken into consideration and the idea of using two spark plugs has been also tested, where it showed the best combustion characteristics. The spark timing has also been studied based on the selected configuration. The results show that ignition timing should be at 50 degrees before top dead center in order to have the best combustion characteristics.در این تحقیق، یک مدل عددی در نرم افزار فایر (Fire) برای مطالعه احتراق و پاشش سوخت در استوانه (Cylinder) یک نمونه موتور اشتعال جرقه ای با پاشش مستقیم گاز طبیعی فشرده استفاده شده است. تحقیق به دو بخش مختلف تقسیم شده است. در بخش اول، پاشش سوخت گازی از طریق یک افشانه تک سوراخه در پنج نوع هندسه مختلف برای محفظه احتراق مطالعه شده و خواص پاشش سوخت در این حالت ها به دست آمده است. با استفاده از تحلیل های کمی و کیفی در مورد شکل مناسب محفظه احتراق برای کارکرد موتور در حالت پاشش مستقیم بحث شده و در انتها بهترین شکل هندسه انتخاب شده است. در بخش دوم، با استفاده از هندسه انتخاب شده بر روی زمان بندی جرقه و محل شمع، به عنوان دو متغیر بسیار مهم، مطالعات احتراقی صورت گرفته است. پنج حالت مختلف برای قرارگیری شمع درنظر گرفته شده و ایده استفاده از دو شمع نیز بررسی شده است. بهترین نتایج احتراقی مربوط به حالتی بوده که در آن از دو شمع استفاده شده است. در پایان، با درنظر گرفتن بهترین محل برای شمع، اثر زمان بندی جرقه نیز مطالعه شده است. نتایج حل احتراق نشان می دهد، برای بهترین خواص احتراقی، جرقه می بایست در50 درجه قبل از نقطه مرگ بالا صورت گیرد.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421Exergy Analysis of a Diesel Engine using Multi-zone Combustion Modelتحلیل اگزرژی یک موتوردیزلی با استفاده از مدل احتراق چندمنطقه ای46172FAسمیه پارسادانشگاه ارومیهرحیم خوشبختی سرایدانشگاه صنعتی سهندصمد جعفرمداردانشگاه ارومیهرضا اکبرپور قیاسیدانشگاه تبریزیحیی عجبشیرچیدانشگاه تبریزJournal Article20131124Availability analysis provides useful information for optimizing the systems. In the present investigation, a multi-zone combustion model is developed to simulate diesel engine cycle.Then, the governing equations of availability analysis are applied in this model.The concept of chemical equilibrium based on Olikara and Borman method is used to calculate the concentration of combustion products.Chemical availability is considered as oxidation, reduction, and diffusion availabilities.The availability analysis is applied to the engine from the inlet valve closing (IVC) until exhaust valve opening (EVO).The effect of fuel injection timing is investigated by various availability terms. The results indicate that advancing time of injection increases work and heat transfer availabilities, but decreases irreversibility.تحلیل اگزرژی اطلاعات سودمندی در راستای بهینه سازی سیستم ها فراهم می کند.در کار حاضر، ابتدا یک مدل احتراق چندمنطقه ای برای موتورهای دیزلی توسعه داده شده و سپس معادلات حاکم بر تحلیل اگزرژی به آن اعمال شده است. در مدل احتراق چندمنطقه ای از مفهوم تعادل شیمیایی براساس روش اولیکارا و برمن برای محاسبه غلظت گونه های تعادلی استفاده شده است. همچنین، در محاسبه اگزرژی شیمیایی مخلوط داخل سیلندر در هر لحظه از مفاهیم اگزرژی شیمیایی اکسیداسیونی، احیا و نفوذی بهره گرفته شده است. در این کار، تحلیل اگزرژی به سیکل بسته موتور دیزلی، یعنی از لحظه بسته شدن سوپاپ ورودی تا لحظه بازشدن سوپاپ خروجی، اعمال می شود. در ادامه جمله های مختلف اگزرژی به صورت جداگانه برحسب درجه میل لنگ محاسبه و تاثیر زمان پاشش سوخت بر جمله های مختلف اگزرژی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که با پیش انداختن زمان شروع پاشش، اگزرژی کار و اگزرژی حرارت اتلافی افزایش و بازگشت ناپذیری کاهش می یابد.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421Evaluation of Unity Lewis Number Assumption in Modeling of Water and Fuel Droplets Evaporationارزیابی فرض عدد لوئیس واحد در مدلسازی رفتار تبخیری قطرات آب و سوخت46173FAامیر امیدواردانشگاه صنعتی شیراز0000-0003-1578-5093رضا مهریاردانشگاه صنعتی شیرازامیرحسین مهدویدانشگاه صنعتی شیرازJournal Article20131124Over the recent decades, spray systems have been widely utilized in a variety of applications within the areas of engineering. In this regard, studying the evaporative behavior of droplets in spray can give us a good view point. One of the most common assumptions in dropletsandrsquo; evaporation is to consider the Lewis number to be unity. In this paper the correctness of this assumption has been evaluated for water and n-Heptane single droplets. The results for dropletsandrsquo; evaporation trend have been compared with some relevant experimental and numerical data. Evaporation time and dropletsandrsquo; temperature have been investigated in both conditions. According to obtained results, although the unit Lewis number is not a good assumption for studying n-Heptane droplet evaporation, this assumption gives acceptable results for predicting the water droplets evaporation. Moreover, by assuming the unity Lewis number for water droplet, the calculated temperature of the droplet is close to wet bulb temperature of air.در بسیاری از فرایندهای مهندسی و صنعتی، استفاده از افشانه ها کاربرد فراوانی دارد. در این راستا بررسی رفتار تبخیری قطرات افشانه از اهمیت بسزایی برخوردار است. یکی از فرضهایی که در مدلسازی رفتار تبخیری قطرات افشانه مورد استفاده قرار می گیرد، فرض عدد لوئیس واحد است، که در این تحقیق صحت این فرض بررسی و ارزیابی شده است. بدین منظور، معادلات انتقال جرم و انرژی برای یک تک قطره محاسبه شده اند. در این راستا، یک قطره سوخت (هپتان نرمال) و یک قطره آب در فشار و دمای مختلف مطالعه شده اند. به منظور اطمینان از صحت محاسبات، نتایج با داده های آزمایشگاهی و عددی گزارش شده در مقالات مقایسه شده و هماهنگی خوبی بین نتایج مشاهده شد. زمان تبخیر و دمای نهایی قطره، یک بار با درنظرگرفتن فرض لوئیس واحد و یک بار بدون درنظرگرفتن این فرض، برای سوخت مذکور و آب مقایسه شده اند. با توجه به نتایج حاصل به نظر می رسد فرض لوئیس واحد، فرض مناسبی برای مطالعه رفتار تبخیری سوخت ها نیست. اما، برخلاف سوخت ها، نتایج حاصل از اعمال فرض لوئیس واحد برای قطره آب، در مقایسه با حالتی که این فرض اعمال نشده است، مطابقت خوبی دارد. در این حالت دمای نهایی قطره آب به دمای حباب تر هوا نزدیک تر است.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421Gas Radiation Effect on Thermal Characteristics of Porous Radiant Burnerبررسی عددی اثر تشعشعی گاز عملگر بر رفتار حرارتی مشعل متخلخل تابشی46174FAمحمدمهدی کشتکاردانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمانسید عبدالرضا گنجعلیخان نسبدانشگاه شهید باهنر کرمانJournal Article20131124Thermal characteristics of a porous radiant burner (PRB) including gas radiation effects are identified in the present study. This system operates on the basis of effective energy conversion method between flowing gas enthalpy and thermal radiation. In the PRB, the gas and solid phases are considered in non-local thermal equilibrium and combustion is modeled by considering a non-uniform heat generation zone. The porous media as a gray body, in addition to its convective heat exchange with the gas, can absorb, emit and scatter thermal radiation. In order to accurately determine the thermal characteristics of PRB, the gas radiation is also taken into account and a theoretical analysis is conducted for a two dimensional model, where convection, conduction and radiation take place simultaneously in porous medium and gas flow. Discrete ordinates method is used to obtain the distribution of radiative heat flux in the porous media and the coupled energy equations for the gas and porous medium in steady condition are solved numerically. The crucial influence of gas radiation effect on the systemand#39;s performance is thoroughly explored. A comparison has been made between the present numerical results and those reported by other investigators to validate the simulation for the gas radiative effect.در کار صورت گرفته به بررسی عملکرد یک مشعل متخلخل تحت اثر یک گاز عملگر تشعشعی پرداخته می شود. مشعل های متخلخل براساس تبدیل انرژی بین آنتالپی گاز عبوری و تشعشع حرارتی عمل می کنند. در مطالعه حاضر فازهای گاز و جامد در حالت عدم تعادل حرارتی قرار دارند و احتراق در مشعل توسط یک ناحیه تولید حرارت با توزیع غیریکنواخت سهموی شبیه سازی می شود. از آنجا که محیط متخلخل یک جسم خاکستری درنظر گرفته می شود، علاوه بر تبادل حرارتی جابه جایی با گاز، قابلیت جذب، صدور و پخش تشعشع حرارتی را نیز دارد. به منظور تعیین دقیق تر رفتار حرارتی مشعل متخلخل، تشعشع گاز عبوری نیز درنظر گرفته شده و یک آنالیز تئوری در مختصات دوبعدی و با درنظرگرفتن هر سه نوع انتقال حرارت جابه جایی، هدایت و تشعشع در محیط متخلخل و جریان گاز صورت گرفته است. جهت یافتن توزیع شار حرارت تشعشعی در محیط متخلخل از روش جهت های مجزا استفاده شده است و سپس معادلات به هم پیوسته انرژی فازهای گاز و جامد به صورت همزمان در شرایط پایدار حل می شوند. در نهایت اثر تشعشع گاز عملگر بر عملکرد مشعل متخلخل تابشی بررسی شده است. به منظور صحت روش عددی در کار حاضر، نتایج به دست آمده با نتایج تئوری و تجربی محققان دیگر مقایسه شده است و تطابق خوبی مشاهده شده است.انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36296120130421Turbulence Modeling in a Lifted Diffusion Jet Flame Issuing into a Hot and Dilluted Coflowمدلسازی آشفتگی در شعله های برخاسته فواره نفوذی در جریان همسوتحت شرایط پیش گرم و رقیق سازی46175FAسید محمد میرنجفی زادهدانشگاه علم و صنعت ایرانمحمدتقی صادقیدانشگاه تهرانرحمت ستوده قره باغدانشگاه تهرانJournal Article20131124In this paper, a turbulent lifted diffusion jet flame is studied using the composition probability density function approach in a two-domensional domain with detailed chemistry. The main purpose is to investigate the effect of density variations on scalar fields and lift-off height. For this purpose, the standard k-emodel as well as a modified turbulence model for variable density conditions are employed to investigate the impact of turbulence models on the flame behavior and the place of stabilization. The results show that the best agreement between the numerical results and measurements is achieved using the modified turbulence model. A comparison between the numerical results and measurements shows that the standard k-emodel over-predicts the spreading and decay rates in the jet. Using the velocity-pressure gradient term in the modified turbulence model resolves the relevant problem to a great extent and leads to better results than those of the standard k-emodel.در این تحقیق، شعله برخاسته فواره (Jet) آشفته نفوذی، که با سازوکار خوداشتعالی پایدار شده، با استفاده از روش معادله انتقال تابع دانسیته احتمال (PDF) بررسی می شود. برای این منظور، از سازوکار شیمیایی پیچیده و مدل اصلاح شده اختلاط ملکولی کِرل(Curl) استفاده میشود. هدف اصلی در این مطالعه بررسی تاثیر درنظر گرفتن تغییرات دانسیته در مدل آشفتگی نسبت به مدل آشفتگی k-eاستاندارد است. لحاظ کردن تغییرات دانسیته در مدل آشفتگی بر کمیات اسکالر مانند دما و کسر جرمی اجزا و همچنین محل برخاستگی شعله تاثیر محسوسی دارد. نتایج نشان میدهند محل برخاستگی شعله با درنظر گرفتن تغییرات دانسیته در مدل آشفتگی نسبت به مدل k-eاستاندارد بهتر پیشبینی شده و به نتایج تجربی نزدیک تر است. بر اساس مطالعات قبلی، مدل k-eاستاندارد نرخ گسترش فواره را در فوارههای مدور بیشتر از مقدار واقعی پیشبینی می کند. در این مطالعه ملاحظه شد درنظر گرفتن تغییرات دانسیته در مدل آشفتگی نسبت به مدل آشفتگی k-eاستاندارد بهبود توزیع دما و کسر جرمی اجزا در ناحیه برخاستگی شعله و در پایین دست جریان فواره را به همراه دارد.