مطالعه‌ی عددی تاثیرات زمان‌بندی و به‌کارگیری راهبرد سوراخ گروهی جهت پاشش سوخت در یک موتور اشتعال تراکمی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آیت الله بروجردی، بروجرد، ایران

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آیت الله بروجردی، بروجرد، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مطالعه عددی، تأثیرات زمان ­بندی پاشش مستقیم سوخت دیزل و به­ کارگیری راهبرد سوراخ گروهی با زاویه واگرایی 10 درجه بر مشخصه ­های احتراق و قطره­ سازی ذرات سوخت، میزان آلاینده­ های منتشرشده و سطح عملکرد در یک موتور اشتعال تراکمی سنگین بررسی شده است. برای شبیه­ سازی احتراق، از مکانیزم سنتیک شیمیایی کاهش‌یافته با 61 گونه و 296 واکنش استفاده شده است. طبق نتایج، با کاهش طول دوره تأخیر در اشتعال بیشتر جرم سوخت در حالت نفوذی سوخته، فرایند احتراق تضعیف‌ شده و در نتیجه میزان آلاینده ذرات دوده افزایش و سطح عملکرد موتور کاهش‌‌یافته است. همچنین، با تعویق زمان بندی پاشش سوخت دیزل همزمان با افزایش فشار و دمای محفظه احتراق، لزجت جریان درون سیلندر افزایش و ضریب نسبی پخش کاهش یافته است. با کاهش عرض افشانه، ذرات سوخت دیزل در ناحیه باریک ‏تری افشانده شده و به­ دلیل تراکم ناحیه­ ای افشانه، ذرات سوخت بیشتری باهم برخورد کرده‌اند. در ادامه، به‏ دلیل افزایش حجم لختگی، ذرات دوده افزایش یافته است. علاوه ­بر این، به­ کارگیری راهبرد سوراخ گروهی می­تواند باعث بهبود فرایند اکسایش ذرات سوخت و همچنین بهبود عملکرد موتور شده، ولی بااین‌حال، افزایش آلاینده­ هیدروکربن­ های نسوخته در مقایسه با حالت تک سوراخه از معایب به‌کارگیری این راهبرد پاشش سوخت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  1. A. Yousefi, M. Birouk, and H. Guo. "An experimental and numerical study of the effect of diesel injection timing on natural gas/diesel dual-fuel combustion at low load." Fuel, 203, 2017, pp. 642-657.
  2. R. Payri, F.J. Salvador, J. De la Morena, and V. Pagano. "Experimental investigation of the effect of orifices inclination angle in multihole diesel injector nozzles. Part 2–Spray characteristics." Fuel, 213, 2018, pp. 215-221.
  3. W. Du, Q. Zhang, Z. Zhang, J. Lou, and W. Bao.  "Effects of injection pressure on ignition and combustion characteristics of impinging diesel spray." Applied energy, 226, 2018, pp. 1163-1168.
  4. M.K. Yesilyurt. "The effects of the fuel injection pressure on the performance and emission characteristics of a diesel engine fuelled with waste cooking oil biodiesel-diesel blends." Renewable energy, 132, 2019, pp. 649-666.
  5. B. Jafari, M. Pourfallah, S. Mirsalim, and D.D. Ganji. "The Effect of Different Injection Configuration on Combustion and Emissions Formation in a Heavy Duty Diesel Engine."  THE JOURNAL OF ENGINE RESEARCH, 16, 2009, pp. 43-51.
  6. J.A. Soriano, C. Mata, O. Armas, and C. Ávila. "A zero-dimensional model to simulate injection rate from first generation common rail diesel injectors under thermodynamic diagnosis." Energy, 158, 2018, pp. 845-858.
  7. J. Hu, C. Yao, P. Geng, J. Feng, M. Liu, Z. Li, and H. Wang. "Effects of pilot injection strategy of diesel fuel on combustion characteristics in a premixed methanol-air mixture atmosphere in a CVCC." Fuel, 234, 2018, pp. 1132-1143.
  8. R. Mobasheri, and M. Seddiq, "Applying the Homogeneity Factor to Evaluate the Effects of Pilot Injection Characteristics on Air-Fuel Mixing Quality and Engine Performance in a Turbo-Charged High Speed Direct Injection (HSDI) Diesel Engine." Fuel and Combustion, 10, 2017, pp. 53-71.
  9. K. Mathivanan, J. M. Mallikarjuna, and A. Ramesh. "Influence of multiple fuel injection strategies on performance and combustion characteristics of a diesel fuelled HCCI engine–An experimental investigation." Experimental Thermal and Fluid Science, 77, 2016, pp. 337-346.
  10.  T. He, Z. Chen, L. Zhu, and Q. Zhang. "The influence of alcohol additives and EGR on the combustion and emission characteristics of diesel engine under high-load condition." Applied Thermal Engineering, 140, 2018, pp. 363-372.
  11.  C.D. Rakopoulos, D.C. Rakopoulos, G.C. Mavropoulos, and G.M. Kosmadakis. "Investigating the EGR rate and temperature impact on diesel engine combustion and emissions under various injection timings and loads by comprehensive two-zone modeling." Energy, 157, 2018, pp. 990-1014.
  12.  D. Han, J. Zhai, Y. Duan, C. Wang, and Z. Huang. "Nozzle effects on the injection characteristics of diesel and gasoline blends on a common rail system." Energy, 153, 2018, pp. 223-230.
  13.  J. Gao, S. Moon, Y. Zhang, K. Nishida, and Y. Matsumoto. "Flame structure of wall-impinging diesel fuel sprays injected by group-hole nozzles." Combustion and Flame, 156, 2009, pp. 1263-1277.
  14.  M. Jia, M. Xie, T. Wang, and Z. Peng. "The effect of injection timing and intake valve close timing on performance and emissions of diesel PCCI engine with a full engine cycle CFD simulation." Applied Energy, 88, 2011, pp. 2967-2975.
  15.  E.S. Guerry, M.S. Raihan, K.K. Srinivasan, S.R. Krishnan, and A. Sohail. "Injection timing effects on partially premixed diesel–methane dual fuel low temperature combustion." Applied energy, 162, 2016, pp. 99-113.
  16.  J. Benajes, S. Molina, A. García, and J. Monsalve-Serrano. "Effects of direct injection timing and blending ratio on RCCI combustion with different low reactivity fuels." Energy Conversion and Management, 99, 2015, pp. 193-209.
  17.  J. Li, W.M. Yang, H. An, and D. Zhao. "Effects of fuel ratio and injection timing on gasoline/biodiesel fueled RCCI engine: A modeling study." Applied Energy, 155, 2015, pp. 59-67.
  18.  J.B. Heywood, Internal combustion engine fundamentals, New York, McGraw Hill, 1988.
  19.  H. Hiroyasu, and A. Masataka. "Structures of fuel sprays in diesel engines." SAE transactions, 99, 1990, pp. 1050-1061.
  20.  G.L. Borman, and K.W. Ragland, Combustion engineering, New York, McGraw-Hill, 1998.
  21.  J. Gao, S.W. Park, Y. Wang, R.D. Reitz, S. Moon, and K. Nishida. "Simulation and analysis of group-hole nozzle sprays using a gas jet superposition model." Fuel, 89, 2010, pp. 3758-3772.
  22.  S. Park, R.D. Reitz, and J. Kim. "Combustion and emission characteristics of converging group-hole nozzle under lean engine operating conditions." Fuel, 90, 2011, pp. 3259-3267.
  23.  S.W. Park, and R.D. Reitz. "Optimization of fuel/air mixture formation for stoichiometric diesel combustion using a 2-spray-angle group-hole nozzle." Fuel, 88, 2009, pp. 843-852.
  24.  K.J. Richards, P.K. Senecal, and E. Pomraning. "CONVERGE v2. 3 Manual." Convergent Science, Inc., Madison, WI 2016.
  25.  A. Patel, S. Kong, and R.D. Reitz. "Development and Validation of a Reduced Reaction Mechanism for HCCI Engine Simulations," SAE Technical Paper 2004-01-0558, 2004, https://doi.org/10.4271/2004-01-0558.
  26.  H. Wang, R.D. Reitz, M. Yao, B. Yang, Q. Jiao, and L. Qiu. "Development of an n-heptane-n-butanol-PAH mechanism and its application for combustion and soot prediction." Combustion and Flame, 160, 2013, pp. 504-519.
  27.  S.L. Kokjohn, and R.D. Reitz. "Reactivity controlled compression ignition and conventional diesel combustion: a comparison of methods to meet light-duty NOx and fuel economy targets." International Journal of Engine Research, 14, 2013, pp. 452-468.
  28.  M. Raju, M. Wang, M. Dai, W. Piggott, and D. Flowers. "Acceleration of Detailed Chemical Kinetics Using Multi-zone Modeling for CFD in Internal Combustion Engine Simulations," SAE Technical Paper 2012-01-0135, 2012, https://doi.org/10.4271/2012-01-0135.
  29.  V. Yakhot, S. A. Orszag, S. Thangam, T.B. Gatski, and C.G. Speziale. "Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique." Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4, 1992, pp. 1510-1520.
  30.  S.P. Lin, and Z. W. Lian. "Mechanisms of the breakup of liquid jets." AIAA Journal, 28, 1990, pp. 120-126.
  31.  A.A. Amsden, J.P. Orourke, and T.D. Butler. "KIVA-2: A computer program for chemically reactive flows with sprays." NASA STI/recon technical report, N 89, 1989.
  32.  D.P. Schmidt, and C.J. Rutland. "A new droplet collision algorithm". Journal of Computational Physics, 164, 2000, pp.62-80.
  33.  J.D. Naber, and R.D. Reitz. "Modeling engine spray/wall impingement" SAE transactions, 97, 1988, pp. 118-140.
  34.  A. Manuel, D. Gonzalez, G. Borman, and R.D. Reitz. "A Study of Diesel Cold Starting using both Cycle Analysis and Multidimensional Calculations," SAE Technical Paper 910180, 1991, https://doi.org/10.4271/910180.
  35.  M.J. Tess, L. Chang-Wook, and R.D. Reitz. "Diesel engine size scaling at medium load without EGR." SAE International Journal of Engines, 4, 2011, pp. 1993-2009.
  36.  R.M. Hanson, S.L. Kokjohn, D.A. Splitter, and R.D. Reitz. "An experimental investigation of fuel reactivity controlled PCCI combustion in a heavy-duty engine." SAE international journal of engines, 3, 2010, pp. 700-716.
  37.  A.H. Lefebvre, and G.M. Vincent, Atomization and sprays, New York, CRC press, 2017.
  38.  J.I. Ramos, Internal combustion engine modeling, New York, Hemisphere Publishing Corporation, 1989.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 شهریور 1397
  • تاریخ بازنگری: 04 آبان 1397
  • تاریخ پذیرش: 02 آذر 1397

اشتراک گذاری

ارجاع به این مقاله

آمار