پایش مراحل احتراق موتور گازسوز (گاز طبیعی شهری) اشتعال تراکمی مخلوط همگن با بکارگیری مفهوم لایه ای نمودن توزیع دما
Abstract
اصلی ترین اشکال موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن (hcci)، عدم کنترل فازهای مختلف احتراق است که منجر به کوچک شدن محدوده عملکردی آن می شود. یکی از روش های مهار بهتر احتراق در این موتورها، استفاده از ناهمگنی منطقه ای هم در تهیه مخلوط و هم در درجه حرارت مخلوط داخل سیلندر است. در این رساله با استفاده از نقطه ملتهب که به طور مستقیم در درون محفظه احتراق نصب شده است، مخلوط داخل را از نظر توزیع دما، به چند ناحیه تقسیم بندی نموده به طوری که بتوان با مهار یکی از ناحیه ها، لحظه شروع اشتعال و به تبع آن فاز های احتراق را بهتر کنترل نمود. اساس کار انجام شده در این رساله، اقدام های تجربی (آزمون ها) است. به طوری که پس از شبیه سازی اولیه ترمودینامیکی که بر اساس متغیرهای مورد مطالعه در آزمون انجام می گیرد، اتاق آزمونی با استفاده از یک موتور تک سیلندر با قابلیت تغییر در نسبت تراکم آماده شد. شرایط لازم برای اعمال تغییرات متغییرهای مورد لزوم اعم از درجه حرارت مخلوط ورودی به موتور، نسبت هوا به سوخت و درجه حرارت نقطه ملتهب در اتاق آزمون ایجاد شده است. از طرفی تجهیزات اندازه گیری، نیز اعم از اندازه گیری درجه حرارت، فشار، شار جرمی و غیره نیز در آن نصب گردیدند. بعد از انجام آزمون های مقدماتی، جهت کاهش تعداد دفعات آزمون، شبیه سازی cfd بااستفاده از نرم افزار avl fire انجام گرفته و محدوده هایی که از ابتداء برای انجام مطالعه در نظر گرفته شده بودند مورد بحث و بررسی قرار گرفتند. نهایتاً مشخص شد در نسبت تراکم های 14، 16 و 18 نتایج قابل قبول وجود دارد. البته محدوده دمایی در گستره نسبت تراکم های بیان شده از 80 درجه سانتی گراد تا 220 درجه سانتی گراد مطالعه و بررسی شدند. در ادامه، آزمون های اصلی بر اساس نتایج شبیه سازی انجام شده و با استفاده از لایه ای نمودن مخلوط داخل سیلندر، ضمن دسترسی به تداوم و پیوستگی در احتراق، عملکرد بهتری نیز مشاهده گردید. در هنگام لایه ای نمودن مخلوط داخل سیلندر، نیاز به دمای مخلوط ورودی کمتری است. این امر باعث افزایش بازده تنفسی و در نتیجه باعث افزایش توان تولیدی موتور و متعاقب آن نیز باعث افزایش بازده موتور خواهد شد. از طرفی لایه ای نمودن مخلوط داخل سیلندر باعث پیش افتادن واکنش های زنجیری احتراق و همچنین باعث افزایش طول مدت احتراق می گردد. که به تبع آن کاهش آرام نرخ افزایش در احتراق مشاهده می گردد و موتور قادر خواهد بود تا چگالی توان بیشتری بدهد. نتایج همچنان نشان می دهد که لایه ای نمودن مخلوط داخل باعث افزایش محدوده عملکرد موتور شده و از طرفی، باعث کاهش توان مصرفی مورد نیاز برای گرم کردن مخلوط ورودی موتور می گردد.