بررسی عددی عملکرد ترمودینامیکی موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی مبتنی بر چرخه دوگانه

هدف از تعیین عملکرد ترمودینامیکی موتور ، بررسی مشخصاتی است که به واسطه ی آنها می توان موتوری را برای کار در شرایط مطلوب انتخاب نمود و ضمن توجه به مسئله آلودگی هوا، در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. برای این منظور برنامه کامپیوتری تهیه شده که عملکرد ترمودینامیکی چرخه قدرت موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی تک سیلندر شامل مراحل تراکم، احتراق و انبساط مبتنی بر چرخه دوگانه در حالت پایدار را پیش بینی می کند. مشخصات هندسی موتور و نوع سوخت و شرایط ترمودینامیکی هوای تغذیه به عنوان پارامترهای ورودی به برنامه داده می شوند. انتقال حرارت از گاز های درون سیلندر به محیط اطراف آن از روابط تجربی محاسبه می گردد و در این مورد در کلیه محاسبات رابطه تجربی آناند مورد استفاده قرار گرفته است. در مرحله تراکم معادلات انرژی ، حالت ، انتقال حرارت و کار به صورت دیفرانسیلی نوشته شده و با استفاده از روش نیوتن - رافسون درجه حرارت و فشار انتهای گام محاسباتی محاسبه می گردند. در این مرحله ترکیب مخلوط نسوخته که شامل گازهای باقیمانده و هوای ورودی تازه است، با استفاده از روش مدل سازی احتراق دما پایین، محاسبه می شود. مرحله احتراق شامل دو قسمت است. در قسمت اول احتراق در حجم ثابت و در قسمت دوم احتراق در فشار ثابت روی می دهد که با استفاده از معادلات انرژی، حالت و بقاء جرم در قسمت اول و معادلات انرژی، حالت، بقاء جرم، انتقال حرارت و کار و نیز یک مدل آزاد سازی گرما برای محاسبه مقدار سوخت سوخته شده در هر گام محاسباتی در قسمت دوم، و بهره گیری از روش نیوتن – رافسون، دما و فشار در انتهای گام محاسباتی به دست می آیند. در مرحله احتراق ترکیب محصولات احتراق متشکل از ده ماده مختلف با استفاده از روش ضرایب لاگرانژی که یک روش کلی برای محاسبه ترکیبات تعادلی می باشد، تعیین می شوند. از زیر برنامه ضرایب لاگرانژی همچنین می توان برای بررسی محصولات تعادلی احتراق بیشتری سود جست. در مرحله انبساط نیز از معادلات انرژی ، حالت ، انتقال حرارت و کار با به کارگیری روش نیوتن - رافسون، درجه حرارت و فشار انتهای گام محاسباتی محاسبه می گردند. در ضمن حجم درون سیلندر در هر لحظه با توجه به جابه جایی پیستون و با استفاده از مشخصات هندسی موتور محاسبه می شود. در پایان پارامترهای اصلی عملکرد موتور نظیر راندمان حرارتی، راندمان حجمی، توان اندیکاتوری، مصرف سوخت ویژه و فشار موثر متوسط محاسبه می گردند. همچنین با استفاده از این برنامه منحنی تغییرات مقادیر فشار ، حجم و دما محتویات درون سیلندر برحسب زاویه لنگ به دست می آیند. این برنامه کامپیوتری قادر است عملکرد ترمودینامیکی موتور را برای سوخت های مختلف با فرمول کلی c_x h_y o_z n_w پیش بینی نماید. در محاسبات فعلی نتایج تئوری برای سوخت های بنزین ، دیزل و نیترومتان به ازای مقادیر مختلف نسبت هم ارزی ، نسبت تراکم ، نسبت گازهای باقیمانده و سرعت دورانی لنگ محاسبه و به صورت نمودارهایی ارائه گردیده است.