بررسی رفتار شعله گاز طبیعی در محفظه احتراق یک موتور اشتعال‌جرقه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی سهند

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

فرایند آزادسازی انرژی در موتورهای اشتعال­جرقه­ای رابطه مستقیمی با روند گسترش شعله در محفظه احتراق دارد. در این تحقیق، با شبیه­سازی فرایند احتراق گاز طبیعی در یک موتور اشتعال­جرقه­ای، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، رفتار شعله در نزدیک دیواره­ها و دور از آن بررسی شده است. آزمون­های تجربی در دورهای مختلف و با تغییر زاویه جرقه­زنی انجام شده است. شبیه­سازی به­صورت چرخه بسته بوده و نتایج مدل با داده­های تجربی اعتباردهی شده، که از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج نشان می­دهد، با قرارگرفتن جرقه شمع در خارج از مرکز هندسی سرسیلندر، فرض گسترش شعله به­صورت کره­های هم­مرکز صحیح نیست و دیواره نزدیک شعله، جلوی پیشروی آن  را گرفته و سطح شعله از حالت کروی خارج می­شود. پیشروی شعله متلاطم گاز طبیعی در سه مرحله انجام می­گیرد: 1- گسترش اولیه سطح شعله با شتاب زیاد که 15درصد جرم سوخت، با شیب آهنگ آزادسازی انرژی بالا، در این مرحله می­سوزد. 2- بعد از برخورد سطح شعله با کف پیستون، آهنگ سوختن با نرخ تقریبا ثابت ادامه می­یابد. 30 درصد جرم سوخت در حالت شمع خارج از مرکز و 50 درصد سوخت در حالت شمع مرکز، در این مرحله می­سوزد. 3- کاهش شتاب گسترش شعله بعد از برخورد سطح شعله با دیواره­های جانبی که 55 درصد جرم سوخت در حالت شمع خارج از مرکز و 35 درصد در حالت شمع در مرکز، در این مرحله می­سوزد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the Behavior of Natural Gas Flame in a Spark Ignition Engine

نویسندگان [English]

  • Jafar Pashaei 1
  • Rahim Khoshbakhti Saray 2
1 Sahand University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Sahand New Town, Tabriz, Iran

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spark Ignition Engine
  • Natural gas
  • Flame Surface
  • Wall
  • Computational Fluids Dynamic
  1. W. Pulkbarek, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, University Of Wisconsin, Prentice Hall, New Jersey, 1997.
  2.  (Ministry of Energy) http://www.moe.gov.ir, Accessed 20 Sep 2016.
  3. S. G. Poulos and J. B. Heywood, “The Effect of Chamber Geometry on Spark-Ignition Engine Combustion,” SAE  Technical Paper 830334, 1983
  4. R. D. Reitz and L. Fan, “Development of an Ignition and Combustion Model for Spark-Ignition Engines,” SAE Technical Paper, 2000-01-2809, 2000
  5. O. L. Gulder and G. J. Smallwood, “Do Turbulent Premixed Flame Fronts in Spark-Ignition Engines Behave Like Passive Surface,” SAE Technical Paper, 2000-01-1942, 2000
  6. F. Foucher, S. Burnel, C. Mounaim, “Local Flame Front Structure in Vicinity of the Piston in a Transparent SI Engine,” SAE Technical Papers, 2001-01-1957, 2001
  7. M. Rothe, T. Heidenreich, U. Spicher and A. Schubert, “Knock Behavior of SI-Engines: Thermodynamic Analysis of Knock onest Locations and Knock Intensities,” SAE Technical Paper 2006-01-0225, 2006
  8. N. Kawahara, E. Tomitta and etal , “Measurement of Flame Propagation Characteristics in an SI Engine using Micro-Local  Chemiluminescence Technique,” SAE  Technical Paper 2005-01-0645, 2005
  9. F. Bozza and A. Gimelli, “Validation of a Fractal Combustion Model through Flame Imaging,” SAE Thechnical Paper, 2005-01-1120, 2005
  10. G. Smallwood, O.Gulder and E. Cintosun, “Flame Surface Fractal Characteristics in Premixed Turbulent Combustion at High Turbulence Intensities,” AIAA Journal, 45, No. 11, 2007
  11. C. Cohe, F. Halter, C. Chauveau, I. Gokalp and O. Guldur, “Fractal Characterization of High-Pressure and Hydrogen-Enriched CH4-Air Turbulent Premixed Flames,” Proceedings of the Combustion Institute, pp. 1345-1352, 2007
  12. K. Chakravarthy, R. Wanger and S. Daw, “On the Use of Thermodynamic Modeling for Predicting Cycle-to-Cycle Variation in a SI Engine under Lean Condition,” SAE Technical Paper, 2005-01-3802, 2005
  13. O. chatakonda, E. R. Hawakes, and etal, “Modeling of the Wrinkling of Premixed Turbulent Flame in the Thin Reaction Zones Regime for Large Eddy Simulation,” Center for Turbulence Research, Proceeding of the Summer Program, 2010, pp.271-280.
  14. M. Rivas, P. Higelin, C. Caillol, O. Sename, E. Witrant and V. Talon, “Validation and Application of a New OD Flame/Wall Interaction Sub model for SI Engines,” SAE Technical Paper, 2011-01-1893, 2011
  15. K. Liu, A. A. Burluka and C. G. Shepperd, “Turbulent Flame and Mass Burning Rate in a Spark Ignition Engine,” Fuel, 107, pp. 202-208, 2013
  16. J. Song and M. Sun woo, “Flame Kernel Formation and Propagation Modeling in Spark Ignition Engines,” Proc. Institute Mechanic Engineers, Vol. 215 Part D, 2001, pp.105-114.
  17. http://www.cfd-online.com/Wiki, Accessed 2 Nov 2016.