مدل سازی احتراق سوخت بیودیزل در یک محفظه فشار ثابت همراه با گازهای برگشتی

در این مقاله تاثیر یک سوخت بیودیزل با نام methyl palmitateوباز چرخش گازهای حاصل از احتراق (egr) بر کاهش آلاینده های خروجی موتورهای دیزل به صورت تحلیل عددی و استفاده از کد نویسی در نرم افزار matlab بررسی شده است. بیودیزل (منو الکیل استر) سوختی جدید و تجدید پذیر و پاک است که از منابع طبیعی و قابل تجدید مانند روغنهای گیاهی ساخته می شود. بیو دیزل باعث کاهش میزان ذرات معلق , هیدروکربن ها و منو اکسید کربن خارج شده از اگزوز اغلب موتورهای احتراق داخلی چهارزمانه می گردد . این امر عمدتا به خاطر وجود اکسیژن در فرمول سوخت بیودیزل می باشد که باعث احتراق کاملتر سوخت می شود. غلظت اکسیژن اتمی در داخل سیلندر بستگی به غلظت محلی اکسیژن موجود در سیلندر و همچنین دمای محلی داخل سیلندر دارد.شکل گیری no در دمای زیر 2000 درجه سانتیگراد تقریبا اتفاق نمی افتد. بنابراین هر تکنیکی که بتواند دمای داخل سیلندر را به دمای 2000 درجه سانتیگراد نگه دارد میتواند در کاهش به وجود آمدن موثر باشد. egr نیز صرفنظر از سوخت به کار رفته, باعث کاهش مواد سمی خروجی است. اساس کار در این روش باز گرداندن مقداری از گازهای سوخته شده در هر سیکل احتراق به همراه هوای تازه به سیکل بعدی احتراق است. گازهای حاصل از احتراق عموما شامل co2,n2 وبخارات آب هستند و هنگامی که قسمتی از آنها دوباره به محفظه بازگردانده می شود در نقش رقیق کننده مخلوط سوخت –هوا عمل می کنند و باعث کاهش غلظت اکسیژن در محفظه احتراق میشود. همچنین گرمای ویژه این گازها بسیار بالاتر از هوای تازه است ومقدار قابل توجه ای از گرمای تولید شده توسط احتراق صرف بالابردن دمای این گازهای اضافه میشود که در کل باعث کاهش دمای شعله آدیاباتیک و همچنین دمای سیلندر میشود. با کاهش دمای سیلندر مقدار nox تولیدی نیز کاهش می یابد . استفاده از در بارهای زیاد به دلیل اختلال در گسترش احتراق و افزایش دود و ذرات معلق مشکل است.در بار کم مقداری از هیدرو کربن های سوخته نشده دوباره به محفظه احتراق باز میگردند واحتمال سوختن دوباره آنها فراهم میشود ودر نتیجه بازدهی حرارتی سوخت بهتر میشود. هنگام استفاده از در حقیقت باید مصالحه ای بین کاهش و افزایش دوده برقرار کرد.طبق نتایج آزمایشات برای بالاتر از 50% مقدار گسیل ذرات معلق شدیدا افزایش پیدا میکند همچنین این دوده و دیگر ذرات در جداره سیلندر نیز رسوب میکنند و باعث خوردگی و فرسایش آن میشوند. پس در چنین مواقعی استفاده از یک تله دوده با بازدهی بالا شدیدا پیشنهاد میشود. بیودیزل باعث کاهش میزان ذرات معلق ,هیدروکربن ها و منو اکسید کربن خارج شده از اگزوز اغلب موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه می گردد اما استفاده از بیودیزل در موتورهای استاندارد دیزلی ممکن است باعث افزایش میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن شود و ما سعی کرده ایم با باز چرخش گازهای حاصل از احتراق این مساله را حل کنیم و میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن را کاهش دهیم.پس در روش پیشنهادی ما از سوخت طبیعی بیودیزل در استفاده شده است که به جز کاهش اکسیدهای نیتروژن که با حاصل می شود بیودیزل باعث کاهش میزان ذرات معلق ,هیدروکربن ها و منو اکسید کربن خارج شده از اگزوز می گردد. در نتایج ارایه شده ابتدا برخی نتایج بدست آمده از برنامه به منظور اطمینان از صحت نتایج حاصل برنامه با نتایج معتبر مقایسه خواهد شد ،سپس نتایج حاصله برای سوخت c17h34o2 ارائه خواهد شد . مشاهده کردیم مقدار انتشار گاز مونواکسید کربن در حالت استفاده از این نوع سوخت بیودیزل نسبت به استفاده از سوخت c8h18 به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.جرم مولکولی c8h18 ,114 وجرم مولکولی c17h34o2 , 270 میباشد پس نسبت سوخت به هوای 1.2 برای c8h18 معادل نسبت سوخت به هوای 0.5066 برای c17h34o2 از نظر مقایسه جرم یکسان این دو سوخت میباشد. در حالت دوم می بینیم که میزان انتشار گاز مونواکسید کربن حدودا 0.2 مول کاهش می یابد. با بکارگیری روش egr مشاهده شد که میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن کاهش می یابد و همچنین استفاده از سوخت بیودیزل c17h34o2 باعث کاهش انتشار مونواکسید کربن خروجی می شود.هر چه قدر که سهم egr بیشتر می شود میزان انتشار اکسید نیتروژن در موتورهای دیزل کاهش بیشتری می یابد.استفاده از سوخت بیودیزل گرچه باعث کاهش میزان ذرات معلق, هیدروکربن ها و مونواکسید کربن خروجی از اگزوز موتورهای دیزل میشود اما ممکن است باعث افزایش میزان اکسیدهای نیتروژن شود که ما این مساله را با استفاده از روش egr برطرف نمودیم.