شبیه سازی CFD برای ارتقاء عملکرد و کنترل آلایندگی ها در موتوهای RCCIبا تمرکز بر تغییر دمای ورودی

این مطالعه به تحلیل تاثیر دمای ورودی بر فرآیند احتراق و عملکرد در یک موتور RCCI با استفاده از شبیه سازی های عددی در نرم افزار Converge CFD پرداخته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که افزایش دمای ورودی به طور مستقیم باعث افزایش فشار و دمای محفظه احتراق می شود که این امر ناشی از تسریع واکنش های شیمیایی و افزایش انرژی داخلی مخلوط سوخت و هواست. با افزایش دمای ورودی از ۳۶۰ K به ۴۸۰ K، نرخ آزادسازی حرارت (HRR) و انرژی تجمعی آزادشده (CHR) به دلیل تبخیر بهتر سوخت، اختلاط بهینه تر و بهبود احتراق به طور قابل توجهی افزایش می یابند. این امر به افزایش فشار سیلندر و بازده احتراق منجر می شود، اما همچنین این افزایش دما موجب افزایش انتقال حرارت به دیواره ها در حدود ۸۰.۳ J و تلفات حرارتی قابل توجه می گردد که می تواند بازده کلی موتور را محدود کند. تحلیل ها نشان می دهد که در دمای ورودی ۴۸۰ K، تاخیر در اشتعال نسبت به حالت پایه (۳۶۰ K)، معادل با ۷.۷ deg کاهش یافته و احتراق سریع تر آغاز می شود؛ همچنین مدت زمان احتراق در حدود ۶.۳ deg کاهش می یابد که حاکی از واکنش های شیمیایی موثرتر در دماهای بالاتر است. با وجود احتراق کامل تر و کاهش سوخت نسوخته، بازده اندیکاتوری ناخالص (GIE) و بازده احتراق روند نزولی داشته که به ترتیب در حدود ۱۳.۰۳ % و %۱۵.۶۱ می باشد. این رخداد به دلیل تلفات حرارتی به دیواره ها و اتلاف انرژی مفید است. بررسی آلاینده ها در هنگام تغییر دما از ۳۶۰ K و ۴۸۰ K حاکی از کاهش تدریجی ترکیبات نسوخته HC و CO در حدود ۵.۷۸ gr/Kw.h و ۲.۵۱ gr/Kw.h داشت است که این اتفاق به دلیل احتراق کامل تر و اختلاط بهتر سوخت و هوا ایجاد شده است. اما از طرفی آلاینده های NOx به دلیل شرایط دمایی بالاتر و واکنش های حرارتی در حدود ۴۲.۷ gr/Kw.h افزایش یافته است. در نهایت مطالعه انجام شده نکات مهمی را در مقایسه با پژوهش های پیشین در موتورهای RCCI نشان داده است که به عنوان نوآوری پژوهش فوق می باشد. نخست، رابطه دقیق میان افزایش دمای ورودی با بهبود نرخ آزادسازی حرارت (HRR)، انرژی تجمعی آزاد شده (CHR) فشار سیلندر و کاهش تاخیر اشتعال را نشان می دهد؛ در حالی که تحقیقات قبلی معمولا اثرات کلی دما را بررسی کرده اند. دوم، این پژوهش به طور جامع اثرات دمای ورودی بر بازده اندیکاتوری ناخالص (GIE) و انتقال حرارت را تحلیل می کند و نشان می دهد که با وجود بهبود احتراق، تلفات حرارتی افزایش یافته و بر GIE اثر منفی دارد. در نهایت، تحلیل دقیق تاثیر دما بر آلاینده ها، به ویژه NOx، شناخت بهتری از رابطه میان دمای ورودی و آلودگی فراهم می کند که کمتر در تحقیقات قبلی مورد توجه قرار گرفته است.

کلیدواژه ها:

دمای ورودی ، موتورهای RCCI ، بازده ، آلایندگی