پخش سوخت مایع در محفظه احتراق از طریق برخورد جت با موانع استوانه ای کوچک

کاظمی سرشت, سعید; محمدی, آرش

پخش سوخت مایع در محفظه احتراق از طریق برخورد جت با موانع استوانه ای کوچک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ حرارت و سیالات، مکانیک، تربیت دبیر شهید رجایی،تهران، ایران

² حرارت و سیالات، مکانیک، تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

همگن سازی یک مخلوط رقیق از سوخت و هوا باعث می شود دمای جبهه شعله کاهش پیدا کرده و به‌طورهمزمان باعث کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق می شود. کارهای تجربی نشان داده است که سطح بالایی از پراکندگی برای رسیدن به مخلوط همگن را می توان با برخورد جت دیزل بر روی یک سری از موانع استوانه ای، به عنوان ساختار نزدیک به محیط متخلخل، به دست آورد. سوخت تزریق شده با اولین مانع استوانه ای برخورد می کند و به دو جت کوچکتر تقسیم میشود. سپس، با برخورد با موانع بعدی جت چندتایی به وجود آمده که باعث پخش سوخت می شود. کارهای تجربی قبلی نشان داده اند که ساختار هندسی و قطر موانع از عوامل اصلی در شکل گیری چند جت و توزیع فضایی سوخته اند. در این مقاله، مدل‌های دینامیک سیالات محاسباتی، که با دقت رفتار شکل گیری چند جت گذرا را پیش بینی می کنند، توسعه می یابد و پس از اعتبارسنجی ساختارهای جدیدی از موانع با افزایش فاصله بین آن‌ها و یک ساختار بهبودیافته ارائه‌ شده است. مدل سازی جدید نشان می‌دهد که این ساختارها، نسبت به ساختارهایی که قبلاً مورد بررسی قرار گرفته‌اند، دارای ویژگیهای همگن‌سازی بهتر بوده و توزیع فضای در آن‌ها کارآمدتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

فناوریهای نو در احتراق

عنوان مقاله [English]

liquid fuel distribution in the combustion chamber by jet impingement with small cylindrical obstacles

نویسندگان [English]

Saeed Kazemi Seresht ¹
arash mohammdi ²

² Heat and Fluids, Mechanics, Shahid Rajaee Teacher Training , Tehran, Iran

چکیده [English]

Homogenization of lean air-fuel mixture decrease flame front temperature and simultaneously reduces NOx and particulate matter. Experimental work has been shown high level of dispersion can be obtained by impingement of diesel jet onto a matrix of cylindrical obstacles in accordance structure close to Porous media. The injected fuel impinges with the first cylindrical obstacle and splits to two smaller jets and with impingement with other obstacles causes to multi-jets formation causes to fuel dispersion. Previous experimental works have been shown geometrical structure and obstacle diameter are of key factors in multi‐jet formation and spatial distribution of the charge. In this paper, computational fluid dynamics models that accurately predict the formation behavior of several transient multi-jet are developed, and after validation, new structures of obstacles with increasing distances between them and an improved structure are proposed as novel innovations. New modeling shows that these structures have better homogenization properties and space distribution is more efficient than the structures previously studied. Also, with increasing the distance between the cylindrical obstacles, the diffusion and penetration of some fuel jets has increased and for all geometrical structures, it has increased the fuel distribution angle. The geometrical structure of the obstacles is very important to achieve the proper fuel distribution pattern and is not dependent on the number of obstacles.

کلیدواژه‌ها [English]

Diesel spray
Mixture formation
small cylindricals

مراجع

M. Polasek and J. Macek, “Homogenization of Combustion in Cylinder of CI Engine using Porous Medium,” SAE Paper, 2003-01-1085, 2003.
M. Weclas, “Homogenization of liquid distribution in space by Diesel jet interaction with porous structures and small obstacles,” in Proceedings of the 22nd European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Como, Italy, September 2008.
F. Durst and M. Weclas, “A New Concept of I.C Engine with Homogeneous Combustion in a Porous Medium,” Fifth International Symposium on Diagnostic and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines, Nagoya, 2001.
F. Durst and M. Weclas, “A new type of internal combustion engine based on the porous-medium combustion technique,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 215, No. 1, pp. 63-81, 2001.
M. Weclas, B. Ates and V. Vlachovic, “Basic aspects of interaction between a high velocity Diesel jet and a highly porous medium (PM),” 9th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems ILASS, Erlangen, Germany, 2003.
M.Weclas, “High velocity CR diesel jet impingement on to porous structure and its utilization for mixture homogenization in I.C. engines,” DITICE Workshop: Drop/wall interaction: Industrial applications, Experiments and Modeling, Bergamo, Italy, 19 May 2006.
M. XIE and Z. ZHAO, “Numerical investigation of the effects of fuel spray type on the interaction of fuel spray and hot porous medium,” Frontiers of Energy and Power Engineering in China, 2, No.1, 2008, pp. 59-65.
M. Weclas and R. Faltermeier, “Diesel Jet Impingement on Small Cylindrical Obstacles for Mixture Homogenization by Late Injection Strategy,” Int. J. Engine Res, 8, 2007, pp. 399-413.
M.Weclas, “Non-stationary high velocity jet impingement on small cylindrical obstacles,” Institut fur Fahrzeugtechnik (IFZN), D-90489 Nuremberg, Germany, 2007.
M. Weclas, “Potential of porous-media combustion technology as applied to internal combustion engines,” Journal of Thermodynamics, Volume 2010, Article ID 789262, 39 pages, doi:10.1155/2010/789262.
M. Weclas, J. Cypris, and T. Maksoud, “Diesel spray interaction with highly porous structures for supporting of liquid distribution in space and its vaporization,” AIP Conference Proceedings 4, American Institute of Physics, Potsdam, Germany 2012.
M. Weclas, J. Cypris and P. Weigand, “Diesel spray interaction with a thin porous ring and its contribution to mixture homogenization in IC engine,” 26th Annual Conf. on Liquid Atomization and Spray Systems, Bremen, Germany, 8–10 September, 2014.
M. Maher, et al., “CFD Modeling of Spray Formation in Diesel Engines,”Athens Journal of Technology and Engineering, 4, No. 4, pp. 271-294, 2017.
R. Falgenhauer, P. Rambacher, L. Schlier, J. Volkert, N. Travitzky, P. Greil and M. Weclas, “Electrically heated 3D-macro cellular SiC structures for ignition and combustion application,” Applied Thermal Engineering, 112, 2017, pp. 1557-1565.
R. Muggleton, M. Haghshenasfard and K. Hooman, “Numerical simulation of mixture homogenization through jet impingement on cylindrical obstacles,” Fluid Dynamics Research, 50, No. 4, 2018, pp. 045515.
C. Baumgarten, Mixture formation in internal combustion engines, Springer Science & Business Media, 2006.
H. Mohammadi and et al., “Numerical investigation on the hydrodynamics of the internal flow and spray behavior of diesel fuel in a conical nozzle orifice with the spiral rifling like guides,” Fuel, 196, 2017, pp. 419-430.