شبیه‌سازی چرخه ی بسته‌ی موتور دیزل پاشش مستقیم به کمک یک روش احتراقی 6 ناحیه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مطالعه با استفاده از یک مدل 6 ناحیه‌ای توسعه داده‌شده به شبیه‌سازی چرخه­ی بسته‌ی موتور دیزل پاشش مستقیم در مراحل تراکم، پاشش سوخت، احتراق و انبساط پرداخته شده‌است. به دلیل ماهیت شبه‌ابعادی این مدل از امکان اتصال آن به مدل‌های آلایندگی نیز سود برده شده و در محدوده‌ی وسیعی از شرایط عملکردی، پیش‌بینی‌هایی نیز برای مقادیر دوده و NO خروجی از موتور ارائه شده‌است. این مدل با تفکیک محفظه‌ی احتراق به 6 ناحیه‌ی متفاوت، اطلاعات محلی مطلوبی همچون دما، نسبت هم‌ارزی و ترکیب شیمیایی را در هر ناحیه به‌دست می‌دهد. مدل 6 ناحیه‌ای حاضر بر مبنای مدل مفهومی دک و با فرضیات بارباو میبوم گسترش یافته و برای هندسه‌ی اسپری، نفوذ هوا به اسپری و پیشروی اسپری از مدل‌های سایبرس بهره گرفته‌است. برای محاسبه‌ی آلاینده‌ی NO، علاوه بر یک مدل تعادلی از مدل سینتیکی زلدویچ توسعه یافته استفاده شده‌است.
برای بررسی درستی کارکرد مدل‌های گفته­شده از چهار موتور مختلف در محدوده‌ی عملکردی وسیعی استفاده شده و تغییرات زمان پاشش، نرخ EGR و پاشش دو‌مرحله‌ای بررسی شده‌است.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of diesel engine in closed cycle direct spraying with the help of a ahtraghi of area 6Closed Cycle Simulation of DI Diesel Engine with Six Zone Combustion Model

نویسندگان [English]

  • Ali Firozi 1
  • Seyed Ali Jazayeri 2
چکیده [English]

In this study, diesel engine simulation is carried out with a new phenomenological multi-zone combustion model. This model is used to simulate the diesel cycle including fuel injection and combustion processes. The model has been developed using well-known combustion imaging studies of Dec, the spray penetration studies by Siebers, and assumptions of Maiboom. This model divides the combustion chamber into six zones and provides local information such as temperature, mean equivalence ratio and composition in each zone. In order to determine the amount of emissions, the Zeldovich model is used for the NO and NSC model for soot. A comparison of model predictions with available experimental data shows very good agreement for different main engine parameters such as engine speed and load, inlet air temperature and pressure, exhaust gas recirculation (EGR) rate, injection pressure and injection timing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diesel
  • Quasi-Dimensional Model
  • soot
  • NO
  • Combustion

مراجع

[1] قربانیان، جعفر،" شبیه سازی احتراق و آلاینده های خروجی حاصل از سوخت دی متیل اتر در یک موتور دیزل پاشش مستقیم اصلاح یافته و مقایسه ی آن با یک موتور دیزل سوز"، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشکده ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی، 1386
[2] Senecal, P. K., ―Development of a Methodology for Internal Combustion Engine Design Using Multi-Dimensional Modeling with Validation through Experiments‖, PhD. Thesis, university of Wisconsin-Madison,2003.
[3] Heywood, J. B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill, New York,1988.
[4] Dec, J.E., ―A Conceptual Model of DI Diesel Combustion Based on Laser-Sheet Imaging,‖ Transactions of the SAE, Vol. 106, Sec. 3, pp. 1319-1348 (SAE970873) , 1997.
[5] Maiboom, A.; Tauzia, X.; He´tet, J.-F.; Cormerais, M. A 5-zones phenomenological combustion model for DI diesel engine for a wide range of operating conditions. In the FISITA 2006 World Automotive Congress, 2006.
[6] Siebers D.L., Higgins, B.S., Pickett L.M., ―Flame Lift-Off on Direct-Injection Diesel Fuel Jets: Oxygen Concentration Effects,‖ SAE 2002-01-0890, 2002.
[7] J.D. Naber, D.L. Siebers, ―Effects of gas density and vaporization on penetration and dispersion of Diesel sprays‖, SAE paper no.960034, pp.82-111, 1996.
[8] B.S. Higgins, C.J. Mueller, D.L. Siebers, ―Measurements of Fuel Effects on Liquid-Phase Penetration in DI Sprays‖, SAE paper no. -01-0519, pp.630-643, 1999.
[9] D.L. Siebers, ―Scaling liquid-phase fuel penetration in Diesel sprays based on mixing-limited vaporization‖, SAE paper no.1999-01-0528, pp.703-728, 1999.
[10] Siebers D.L. and Higgins, B.S., ―Flame Lift-Off on Direct-Injection Diesel Sprays Under Quiescent Conditions,‖ SAE2001-01-0530, 2001.
[11] L.M. Pickett, D.L. Siebers, C.A. Idicheria, ―Relationship between ignition processes and the lift-off length of Diesel fuel jets‖, SAE paper no.2005-01-3843, pp.1-18, 2005.
[12] Pickett, L. M., Siebers, D. L., ―Non-Sooting, Low Flame Temperature Mixing-Controlled DI Diesel Combustion,‖ SAE Paper 2004-01-1399, 2004.
[13] D.L. Siebers, L.M. Pickett, ―Aspects of soot formation in Diesel fuel jets‖, THIESEL 2004 Conference on Thermo- and Fluid Dynamic Processes in Diesel Engines‖, 2004.
[14] C. Barba, C. Burkhardt, K. Boulouchos, M. Bargende, ―A phenomenological combustion model for heat release prediction in high-speed DI Diesel engines with common-rail injection‖, SAE paper no.2000-01-2933, 2000.
[15] Maiboom, A.; Tauzia, X.; Shah, S. R.; Hétet, J.-F.; ―New Phenomenological Six-Zone Combustion Model for Direct-Injection Diesel Engines‖, Energy & Fuels 23, 690–703, 2009.
[16] Maiboom, A., Tauzia, X., Hétet, J-F., Cormerais, M., Tounsi, M., Jaine, T., Blanchin, S.; ―Various Effects of EGR on Combustion and Emissions on an Automotive DI Diesel Engine: Numerical and Experimental Study‖, JSAE Paper 20077221,SAE Paper 2007-01-1834, 2007.
[17] Asay, R. J., ― A Five-Zone Model for Direct Injection Diesel Combustion ‖ , Master Thesis, Department of Mechanical Engineering, Brigham Young University, August, 2003.
[18] Jung, D., Assanis, D. N., ―Multi-Zone DI Diesel Spray Combustion Model for Cycle Simulation Studies of Engine Performance and Emissions‖, SAE paper no.2001-01-1246, 2001.
[19] Millington, B. W., Hartles, E. R., ―Frictional Losses in Diesel Engines‖, SAE Paper 680590, SAE Transactions, Vol. 77, 1968.
[20] Olikara, C., and Borman, G. L., ― A Computer Program for Calculating Properties of Equilibrium Combustion Products with Some Applications to I.C. Engines ‖ , SAE paper 750468, 1975.
[21] Schwerdt, C., ―Modelling NOx-Formation in Combustion Processes‖, Master Thesis, Department of Automatic Control Lund University, June, Document Number: ISRN LUTFD/TFRT--5769—SE, 2006.
[22] Stenberg, M.; ―Calibration and Validation of Phenomenological Emission Formation Model for Advanced Diesel Engine‖, MSc. Thesis, Luleå University of Technology, 2008.
[23] Gao, Z. and Schreiber, W. The use of a multizone model for prediction of soot and NOx emission in a D.I. diesel engine as a function of intake air O2 content, Proceedings of the ASME Heat Transfer Division (HTD-Vol. 366-5) , 2000.
[24] C.D. Rakopoulos, D.C. Rakopoulos, E.G. Giakoumis, D.C. Kyritsis, ―Validation and sensitivity analysis of a two-zone Diesel engine model for combustion and emissions prediction‖, Journla for Energy Conversion Management, vol. 45, pp.1471-1495, 2004.
[25] Zeldovich, Ya. B.; ―The Oxidation of Nitrogen in Combustion and Fluids‖, ACTA Physicohimica, URRS, 21:577-628, 1946.
[26] Lavoie, G. A., Heywood, J. B., and Keck, J. C., ―Experimental and Theoretical Investigation of Nitric Oxide Formation in Internal Combustion Engines,‖ Combust. Sci. Technol., Vol. 1, pp. 313-326, 1970.
[27] Nehmer, D. A. and Reitz, R. D., ―Measurement of the Effect of Injection Rate and Split Injections on Diesel Engine Soot and NOx Emissions,‖ SAE Paper 940668, 1994.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار