تحلیل عددی یکپارچه بجهت بهینه سازی هندسه چندراهه هوا ورودی و یکنواختی توزیع جریان در موتور احتراق داخلی با پاشش سوخت درگاهی

این پژوهش یک تحقیق عددی جامع در زمینه بهینه سازی هندسی مانیفولد ورودی یک موتور کم حجم توربوشارژ با چرخه اتکینسون و سیستم سوخت رسانی پاشش درگاهی ارائه می دهد. هدف اصلی این تحقیق به حداقل رساندن نوسانات نسبت هوا به سوخت بین سیلندرها است؛ پدیده ای که به طور مستقیم پایداری، راندمان و سطح آلایندگی موتور را تحت تاثیر قرار می دهد. برای این منظور یک متدولوژی هم شبیه سازی (Co-simulation) یک بعدی-سه بعدی توسعه داده شد که در آن یک مدل سیستمی کامل موتور در نرم افزار GT-Power با یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی با دقت بالا از مانیفولد ورودی به کار گرفته شد. مدل یک بعدی برای شبیه سازی دینامیک موجی در سطح سیستم و عملکرد کلی موتور به کار گرفته شد، در حالی که مدل سه بعدی پدیده های پیچیده جریان چندفازی و اختلاط سوخت و هوا را با دقت بالا تحلیل نمود. یک مطالعه پارامتریک بر روی متغیرهایی نظیر طول و انحنای رانرها، حجم پلنوم و موقعیت ورودی آن انجام شد تا محرک های هندسی کلیدی موثر بر توزیع نایکنواخت جریان شناسایی شوند. در ادامه یک فرآیند بهینه سازی چندهدفه برای دستیابی به یک هندسه نوین برای مانیفولد اجرا گردید. نتایج نشان داد که طرح بهینه شده کاهش چشمگیری در انحراف معیار نسبت سوخت و هوا در گستره وسیعی از شرایط کاری موتور ایجاد می کند. تحلیل های مقایسه ای نشان داد که بهبود همگنی مخلوط ورودی در طرح بهینه منجر به افزایش پایداری احتراق و کاهش تمایل به کوبش (knock) می شود. یافته های این تحقیق بر نقش حیاتی هندسه مانیفولد در تحقق کامل موتورهای احتراق داخلی پربازده اتکینسون تاکید دارد. نتایج نشان می دهد که طراحی بهینه ضمن بهبود قابل توجه عملکرد موتور و پایداری احتراق موفق به کاهش چشمگیر عدم یکنواختی توزیع جریان جرمی بین سیلندرها به کمتر از ۱ درصد شده است. این تحقیق کارایی روش شبیه سازی یکپارچه را در حل مسائل چندوجهی طراحی سیستم های هوارسانی موتور به اثبات می رساند.

کلیدواژه ها:

چندراهه ، هوا ، اتکینسون ، پاشش درگاهی ، پدیده های برگشت جریان