مطالعه عددی افزودن ۲۰% هیدروژن بر عملکرد و آلایندگی یک موتور اشتعال جرقه ای سوخت گاز طبیعی

این مطالعه به بررسی تاثیر افزودن هیدروژن به گاز طبیعی بر مشخصات عملکردی موتور پایه گازسوز با استفاده از شبیه سازی یک بعدی می پردازد. مدل احتراقی این مطالعه یک مدل ترمودینامیکی شبه بعدی برای موتورهای اشتعال جرقه ای است که چند ضریب آن در فرآیند کالیبراسیون به روش طراحی آزمایشات و بهینه سازی جهت پیشگویی دقیق فشار سیلندر به دست آمده اند. موتور در دورها و بارهای مختلف با دو سوخت گاز طبیعی، و گاز طبیعی غنی شده با ۲۰% حجمی هیدروژن با الگوی پاشش درگاهی، در سه نسبت هوای اضافه ۱، ۱.۲، و ۱.۴ شبیه سازی و اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان داد عملکرد سوخت گاز طبیعی در نسبت سوخت های رقیق با افت شدید همراه بود که افزودن هیدروژن این نقص را به طور کامل برطرف کرده و باعث گسترش حدود عملکردی رقیق موتور شد. حضور هیدروژن در نسبت سوخت استوکیومتریک تاثیری بر بازده حرارتی موتور نداشت ولی هرچه مخلوط رقیق تر شد، بازده حرارتی بیشتر گردید. پس از افزودن هیدروژن گشتاور موتور در همه ی دورها با افتی حدود ۱۰% همراه بود. آلاینده ی اکسیدهای نیتروژن در نسبت استوکیومتریک افزایش اما در نسبت هوای اضافه ی بیشتر از ۱.۲۵ کاهش پیدا کرد؛ هم چنین آلاینده های مونوکسید کربن و هیدروکربن های نسوخته به شدت کاهش یافتند. زمان جرقه ی حداکثر گشتاور ترمزی در سوخت غنی شده تعویق بیشتری نسبت به گاز طبیعی داشت و در پی آن اکسیدهای نیتروژن کاهش پیدا کرد.

کلیدواژه ها:

گاز طبیعی غنی شده با هیدروژن ، مدل احتراقی شبه بعدی ، شبیه سازی یک بعدی موتور ، طراحی آزمایشات ، بهینه سازی