شبیه‌سازی عددی اشتعال مخلوط سوخت و هوا در موتور اشتعال جرقّه‌ای خورجینی و بهبود محدودۀ قرارگیری شمع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله شبیه­ سازی عددی اشتعال مخلوط سوخت و هوا در یکی از سیلندر­های موتور خورجینی، به روش دینامیک سیالات محاسباتی و مخلوط پیش­ آمیخته انجام گرفته است. مخلوط پیش ­آمیخته شامل ایزواکتان و هوا با نسبت هم­ ارزی 0.9 است. شبیه­ سازی موجود با استفاده از روش حجم محدود و احتراق مخلوط پیش­ آمیخته صورت گرفته و همچنین از شبکۀ دینامیکی در حرکت پیستون استفاده شده است. در این راستا روند تغییرات دما و فشار نسبت به زاویۀ چرخش میل ­لنگ بررسی شده است. به منظور صحه­ گذاری، از نتایج یک موتور تحقیقاتی استفاده شده و نتایج حاصل از شبیه ­سازی عددی به روش مخلوط پیش ­آمیخته با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. نتایج شبیه ­­­سازی روش عددی حجم محدود و مخلوط پیش­ آمیخته در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که بیشترین خطای تغییرات فشار بیشینه، به میزان 2/2 درصد است. بنابراین می­توان در طراحی موتور­های اشتعال جرقه­ ای از روش عددی ارائه شده استفاده نمود. پس از شبیه­ سازی، به منظور بهینه شدن احتراق و گسترش بهتر جبهه شعله در محفظه احتراق نوع پنت روف، مکان قرار­گیری شمع موتور با شبیه ­سازیهای متعدد در مکان­ های جرقّۀ مختلف بهبود پیدا کرده است. و با توجه به نتایج فشار و دما و کانتور­های جبهۀ شعله و مقایسۀ آن‌ها در تحلیل ­های مختلف به محدودۀ بهینه­ ای دست یافته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of fuel-air mixture ignition in a v-type spark ignition engine and improvement of spark plug placement

نویسندگان [English]

  • Seyed Masoud Hashemi
  • Hamed Amiri
Malek-e-Ashtar university
چکیده [English]

In this paper, numerical simulation of ignition of fuel-air mixture in a cylinder of a v-type engine has been done by the method of computational fluid dynamics and premixed mixture. The premixed mixture consists of iso-octane and air with an equivalence ratio of 0.9. The existing simulation is performed using the finite volume method and combustion of the premixed mixture. Besides, the dynamic mesh in the piston motion is also used. In this regard, the trend of temperature and pressure changes with respect to the angle of rotation of the crankshaft has been investigated. In order to validate, the results obtained by mixed mixture method were compared to that of a research engine. The simulation results show maximum error of only 2.2% when compared to the experimental results. Therefore, the proposed numerical method can be used in the design of spark ignition engines. In order to optimize the combustion and better expand the flame front in the pent-roof type combustion chamber, the location of the spark plug has been investigated with several simulations in different spark locations. According to the data of pressure and temperature and either flame front contours and their comparison in different analyzes, the optimal range was achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion
  • V-type engine
  • Spark ignition
  • Numerical simulation

مراجع

  1. A. Mohamadi, H. Mortazavi, M. Rashidi, “Combustion Simulation and Heat transfer in the Spark Ignation Engine”, Second Combustion Conference, Mashad, Azad University of Mashad 1-11,2007.(in Persian)
  2. S. Sanaye, A. R. Mokhtari Fard, “Simulation of Operation Cycle of Spark Ignition Engines and Predicting performance factors”, Engine Research Quarterly, Iran Mechanical University of science and industry 2008,1-3. (in Persian)
  3. SureshBabu G, Jagadeesh S.D.V.S, “Analysis of a Single ­Cylinder Combustion Engine Using CFD”, International Journal of Engineering Trends and Technology, 2013, ISSN: 2278-3075.
  4. Gurram A.M.G, Veronika K.S, “Simulation of Combustion in Spark Ignition Engine”, Journal of Basic and Applied Engineering Research, 2015, 1-7.
  5. M.H. Javarshakiyan, A. Zare Nezhad Eshkazi, B. Alam Pur, “Simulation of Fluid Flow Inside the Cylinder of Internal Combustion Engines with Different Turbulence Models”, Twelfth fluids Dynamics Conference, noshiravani industrial university of babol, 2009, 1-8. (in Persian)
  6. U. Kalim, Sh. Hao, T.Qinglong, T.James, “ Investigations into the Effects of Spark Plug Location on Knock Initiation by using Multiple Pressure Transducers ” , SAE Technical Paper Series, doi:10.4271/2021-01-1159, 2021.
  7. M. A. Mashkour, M. H. Ibraheem, “Numerical Simulation of pent- roof combustion chamber in a SI Engine”, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, ISSN: 1024-1752, 2020.
  8. S. Cho, J.Park, C. Song, S.Oh, S. Lee, M. Kim, K. Min, “Prediction Modeling and Analysis of Knocking Combustion using an Improved 0D RGF Model and Supervised Deep Learning”, Journal of Energies, doi:10.3390/en12050844, 2019.
  9. M. K. Allawi, “ The Effect of Compression Ratio upon the Performance and Emission of spark ignition engine”,

    International Journal of Engineering and Technical Research (IJETR), July 2016,

  1. Sh. Nagareddy, K. Govindasamy, “combustion chamber geometry and fuel supply system variations on fuel economy and exhaust emissions of GDI engine with EGR”,Thermal science, doi.org/10.2298/TSCI211020358N, 2022.
  2. R. Sahu, E. Gupta, D. K. Dewangan, P. K. Sen, “ Effect of Knocking in Spark Ignition in a Four-Stroke Engine”, International Journal Of Mechanical Engineering And Information Technology(IJMEIT), ISSN-2348-196x, 2014.
  3. S. M. Hashemi, H. Amiri, “Numerical simulation of fuel-air mixture ignition in a v-type spark ignition engine and improvement of spark plug placement” Master thesis, Malek-e-Ashtar University­ of Technology, Shiraz, Iran, 85 pages, 2017.
  4. Hirsch Ch, "Numerical Computation of Internal and External Flows", 2nd edition, British Library Cataloguing in Publication Data, London, 1990.
  5. Peters N, Combustion Theory, RWTH Aachen University, Princeton, 2010.
  6. Hoffmann K, Chlang S, "Computational Fluid Dynamics", 4th edition, A Publication of Engineering Education System, Kansas, 2000.
  7. ansys help, theory guide, premixed combustion model, 2015(ansys-15).
  8. Battistoni M, Mariani F, "Combustion CFD modeling of a spark ignited optical access engine fueled with gasoline and ethanol", Energy Procedia 424 – 431, 2015.

 

 

 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 25 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری: 26 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش: 04 مرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار