بررسی سینتیکی اثر غنی‌سازی با هیدروژن بر تولید آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای در موتور گازسوز در نسبت تراکم بالا

نویسندگان

1 پژوهشکده خودرو، سوخت و محیط زیست دانشگاه تهران

2 پژوهشکده خودرو، سوخت و محیط زیست

3 دانشکدۀ مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران

4 دانشگاه علم و صنعت ایران

5 دانشگاه تهران

چکیده

موتورهای احتراق داخلی بدون شک سهم عمده‌ای در بحران فزایندۀ آلودگی هوا و گرمایش کره زمین دارند. به ­علاوه، استفاده از گاز طبیعی فشرده، علی‌رغم داشتن ترکیبات متفاوت، به‌عنوان سوخت جایگزین گسترش یافته ‌است. در این راستا، تحقیق حاضر به بررسی اثر غنی‌سازی سوخت گاز طبیعی تهران  با هیدروژن بر آلایندگی و میزان تولید گازهای گلخانه‌ای در یک موتور گازسوز در نسبت تراکم بالا می‌پردازد. یک موتور جرقه‌ای تک‌سیلندر گازسوز به‌صورت جامع با استفاده از مدل دینامیک گاز یک‌بعدی و بهره بردن از استراتژی شبیه‌سازی ترمودینامیکی صفربعدی در المان‌های اصلی مدل‌سازی شده و یک زنجیرۀ مفصل شیمیایی برای شبیه‌سازی احتراق داخل سیلندر استفاده شده ‌است. مدل نهایی براساس توزیع فشار داخل سیلندر، دبی سوخت و دبی هوای مبتنی بر مشاهدات آزمایشگاهی کالیبره شده ‌است. شبیه‌سازی‌ عملکرد موتور در نسبت تراکم بالا (CR=16) و در دور موتور ثابت 2000 دور در دقیقه و بارهای مختلف انجام شده ‌است. همچنین، شبیه‌سازی علاوه­ بر متان خالص به‌عنوان جایگزین گاز طبیعی، برای گاز واقعی مورد استفاده در شهر تهران نیز انجام پذیرفته و نتایج موتور پایه برای هر دو نوع سوخت با یافته‌های آزمایشگاهی یک نمونه موتور تک‌سیلندر آزمایشگاهی ارزش‌گذاری شده‌اند. مدل‌ صحه‌گذاری شده برای پیش‌بینی رفتار عملکردی و آلایندگی موتور هنگام غنی‌سازی سوخت گاز طبیعی مصرفی با مقادیر متفاوت حجمی هیدروژن به‌کار رفته ‌است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش درصد غنی‌سازی به‌وسیله هیدروژن، میزان مونواکسیدکربن، دی‌اکسیدکربن و متان در تمام شرایط کاهش می‌یابد. همچنین، علی‌رغم افزایش فشار بیشینۀ داخل سیلندر با افزایش درصد غنی‌سازی، میزان فشار متوسط اندیکاتوری کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها