انتخاب صفحه

فهرست مطالب

چکیده……………………………………………………………………………………. أ‌

علائم اختصاری و نشانه‌ها …………………………………………………………..ج‌.

فهرست جدول‌ها……………………………………………………………………… خ‌

فهرست شکل‌ها……………………………………………………………………….د‌

آماده سازی مخلوط هوا-سوخت درموتورهای مختلف

آماده سازی مخلوط هوا-سوخت درموتورهای مختلف

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول (مقدمه و ساختار پایان‌نامه)

یکی از مشکلات جدی زیست‌محیطی در جوامع امروزی، مشکل آلودگی هواست. از طرفی با گسترش شهرها حجم تولید آلاینده‌های هوا به میزان قابل توجهی در حال افزایش است. شکی نیست که این آلاینده‌ها برای سلامتی انسان و محیط زیست مضر هستند. آلودگی ناشی از موتورهای حرارتی سهم زیادی در این مسئله دارند، اما استفاده از آن‌ها بسیار رایج است و عملاً امکان کنار گذاشتن موتورهای حرارتی از لیست منابع تأمین نیروی لازم برای حرکت وسایل گوناگون، غیر ممکن است.موتورهای دیزل[1]، به عنوان شکلی از موتورهای حرارتی احتراق داخلی با تولید اکسید های نیتروژن NOx، دوده، ذرات ریز و … از پرکاربردترین منابع آلوده‌کننده‌ی هوا محسوب می‌شوند. تحقیقات و مطالعات تجربی نشان می‌دهد که ایجاد تغییراتی در ساختار سیستم سوخت‌رسانی موتورهای دیزل به میزان قابل توجهی در عملکرد موتور و حجم آلاینده‌های تولیدشده تاثیرگذار است. برای همین سیستم سوخت‌رسانی، و تلاش برای بهبود عملکرد آن، در سال‌های اخیر موضوع بسیاری از مطالعات در زمینه‌ی موتورهای دیزل بوده است.

زندگی بهتر بشر مستلزم بهبود تجهیزات و سیستم­هایی است که از آن­ها استفاده می­کند. با افزایش روزافزون کاربرد موتورها در زمینه­های مختلف صنعتی از جمله خودرو، تحقیقات در این زمینه امری ضروری است. در این میان تحقیق در زمینه‌ی موتورهای احتراق داخلی با توجه به خصوصیات و کاربردهایشان از جایگاه ویژه­ای برخوردار است.موتورهای احتراق داخلی به دلیل داشتن بازده و قدرت بالا نسبت به وزن و حجم­شان، کاربردهای فراوانی در حمل­ونقل و سایر صنایع دارند؛ که یکی از اصلی­ترین چالش­های پیش رو در استفاده از آن­ها، مسائل زیست­محیطی و خصوصاً آلودگی هوا می­باشد. البته تحقیقات فراوانی نیز جهت کاهش آلاینده­های منتشره از این موتورها صورت گرفته است.

علاوه بر مطالعات تجربی صورت­گرفته در این زمینه، یکی از ابزارهای مهم جهت پژوهش در این حوزه، مدل­کردن کامپیوتری پدیده­های درونی موتورهاست. این مدل­ها در واقع رهیافتی برای رابطه­مندکردن و تحلیل چرخه­های درونی موتور است. اغلب مدل­ها نمی­توانند فرآیندها و خواص را با ریزترین جزئیات نشان دهند، با این حال، ابزار قدرتمند و قابل­اعتمادی در فهم و توسعه‌ی فرآیندهای درونی موتور می­باشند. با استفاده از این مدل­ها در تحلیل و طراحی موتورهای جدید، صرفه­جویی عمده­ای در زمان و هزینه‌ی مطالعات صورت می‌گیرد. در این راستا مدل­های کلاسیک ارائه­شده را می­توان به دو گروه مدل­های ترمودینامیکی و مدل‌های سیالاتی طبقه­بندی کرد. ولی علاوه بر این دو گروه، شبکه­های عصبی مصنوعی نیز یکی از قدرتمندترین ابزارها در تحلیل سیستم­های پیچیده و غیرخطی محسوب می­شوند. این شبکه‌ها توانایی تحلیل ارتباط موجود بین انواع پارامترهای ورودی و خروجی و ایجاد مدلی مناسب برای موتورهای احتراق داخلی را دارند.علاوه بر مشکل آلودگی محیط زیست، کاهش منابع طبیعی و در نتیجه افزایش هزینه‌ی استفاده از سوخت‌های فسیلی نیز مانعی در زمینه‌ی فعالیت موتور دیزل است. تکنیک‌هایی که برای غلبه بر مشکلات موتور دیزل ارائه می‌شود در حالت کلی دو جهت‌گیری دارند [1] و [2]:

  • ایجاد تغییراتی در طراحی موتورهای دیزل برای افزایش عملکرد آن و کاهش آلودگی محصولات احتراق (نظیر استفاده از سیستم ریل‌مشترک، استراتژی های کنترل تزریق سوخت، کار بر روی گاز خروجی و …).
  • استفاده از سوخت جایگزین برای حل بحران انرژی، مسئله‌ی آلاینده‌ها و حتی افزایش عملکرد موتور دیزل (به عنوان نمونه، سوخت‌های اکسیژن‌دار که ذرات ریز کمتری تولید می‌کنند یا سوخت‌های تجدیدپذیر که با محیط زیست سازگاری دارند).

1-2- هدف مطالعه‌ی حاضر

پایان‌نامه‌ی پیش رو مطالعه‌ای عددی بر روی موتور دیزل 8/1 لیتر انجام می‌باشد. ابتدا شبیه‌سازی موتور انجام شده و تاثیر شرایط اولیه‌ی حاکم مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین وسیله ابتدا مدل هندسی دامنه‌ی محاسباتی سیلندر پیستون طراحی گردیده و سپس در نرم افزار Ansys ICEM مش‌زنی سطحی صورت گرفته است و در نرم افزار ESE Diesel مش‌زنی نهایی صورت گرفته و برای برقراری شرایط اولیه و مرزی و همچنین چگونگی حل معادلات بقا، گسسته‌سازی معادلات پیوستگی، مومنتوم، و انرژی تصمیم‌گیری می‌شود. مدل هندسی مش‌زنی‌شده‌ی سه‌بعدی وارد نرم افزار AVL-Fire شده و نتایج دو بعدی و سه‌بعدی با تغییر پارامترهای اولیه‌ی مورد نظر مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. هدف این پایان‌نامه تبیین راهکارهایی جهت افزایش عملکرد موتور و کاهش آلاینده‌ها با استفاده از انتخاب بهترین نقاط کارکردی شرایط اولیه خواهد بود.

1-3- ساختار کلّی پایان نامه

قسمت‌های مختلف این پایان‌نامه شامل مقدمه‌ای از موتورهای دیزل در فصل اول می‌باشد. فصل دوم به تعریف مسئله و مروری بر کارهای انجام شده می‌پردازد. نحوه‌ی مش‌زنی و خصوصیات مش و نیز مدل‌های احتراقی که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته و نحوه‌ی گسسته‌سازی معادلات مطالب فصل سوم را شکل می‌دهند. همچنین نحوه‌ی تزریق سوخت و معادلات مربوطه به همراه جداول استفاده شده برای شبیه‌سازی بحث خواهند شد. در فصل چهارم نتایج حاصل از شبیه‌سازی به همراه بحث بر روی نتایج جهت ایجاد بهترین عملکرد و کمترین آلایندگی ارائه خواهند شد. نتایج ارائه شده به‌صورت کانتورهای سه‌بعدی از تغییرات زمانی و مکانی پارامترهای هدف خواهند بود. همچنین نمودارهای دو‌بعدی از تغییرات پارامترهای مربوطه در طول میل‌لنگ و پیشرفت سیکل دیزل ارائه می‌شوند. در فصل پنجم راهکارها و پیشنهادهایی جهت انجام کارهای آتی مطرح خواهند شد.

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 2

1-2- هدف مطالعه‌ی حاضر…………………………………………………………… 3

1-3- ساختار کلّی پایان نامه…………………………………………………………. 4

تصویری از مدل دیزل پاشش مستقیم(سمت راست) وپاشش غیرمستقیم(سمت چپ)

تصویری از مدل دیزل پاشش مستقیم(سمت راست) وپاشش غیرمستقیم(سمت چپ)

فصل دوم (معرفی موتورهای احتراق داخلی و مروری بر کارهای گذشته)

در این فصل، ابتدا تاریخچه‌ای از روند تکامل موتورهای احتراق داخلی و موتورهای دیزل به صورت کاملاً خلاصه و فشرده با تأکید بر کاربردها و مزایای آن آورده شده است. تمرکز مطالب بیشتر بر روی موتورهای دیزل و چند مورد از مشخصه­های عملکردی آن­ها می­باشد. در ادامه به پدیده‌ی احتراق در موتور پرداخته شده، و در نهایت آلاینده­های منتشره از موتورهای دیزل و عوامل مؤثر در تولید این آلاینده­ها مورد بررسی قرار می‌گیرند.

2-2- تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی

در گذشته، انسان برای تأمین نیرو در عملیات و کارهای مختلف از نیروی حیوانات استفاده می‌نمود، امّا با گذشت سال‌ها و پیشرفت‌های بشر، موتور گرمایی[2] اختراع و به عنوان منبع تولید توان در کارهای گوناگون به کار گرفته شد. تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی به سال 1876 میلادی، زمانی که نیکولاس اتو[3] (1891- 1832) برای اولین بار موتور اشتعال جرقه‌ای[4] و نیز سال 1892 زمانی که رادلف دیزل[5]
(1913-1858) موتور اشتعال تراکمی[6] را اختراع کردند، بر‌می‌گردد. از آن زمان تاکنون، همراه با افزایش دانش ما از فرآیندهای موتور، فراهم شدن فن‌آوری‌های جدید، افزایش تقاضا برای انواع موتورهای جدید و تغییر در محدودیت‌های زیست‌محیطی، تکنولوژی مربوط به موتورها همواره در حال پیشرفت بوده است. هم‌اکنون، موتورهای احتراق داخلی و صنایعی که آن‌ها را توسعه داده و از تولید و به‌کارگیری آن‌ها حمایت می‌کنند، نقش بارزی در زمینه‌های توان، پیش‌رانش و انرژی ایفا می‌نمایند. در سال‌های گذشته با توجه به اهمیت فزاینده‌ی مسائلی نظیر آلودگی هوا، قیمت سوخت و رقابت بازار، شاهد رشد انفجاری در تحقیق و توسعه‌ی انواع این موتورها بوده‌ایم [3]. در این میان، موتورهای دیزل در سال‌های اخیر، به دلایل متعددی از جمله، بالا بودن راندمان حرارتی و ارزان بودن سوخت مصرفی‌شان، بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. مطالعات در این پایان‌نامه نیز عمدتاً بر این نوع از موتورهای احتراق داخلی استوار است.

2-2-1- چرا موتورهای احتراق اشتعال تراکمی را موتورهای دیزلی می‌نامند؟

رادلف دیزل در سال 1858 میلادی در فرانسه به دنیا آمد. او در سال 1875 موفق به اخذ بورس تحصیلی از دانشگاه سلطنتی پلی تکنیک مونیخ گردید. دیزل، پس از ورود به این دانشگاه با پروفسور کارل فن لینده[7] آشنا شد که در یک شرکت تحقیقاتی در زمینه‌ی طراحی و ساخت یخچال‌های مدرن فعالیت می‌کرد. او به کمک پروفسور لینده، در سال 1890 به فکر طراحی موتورهای بخار با سوخت آمونیاک افتاد، امّا در حین آزمایش، موتور او منفجر شده و دیزل به شدت آسیب دید. همین حادثه باعث شد که بینایی او با مشکل مواجه گردد. وی پس از آن، فعالیت پژوهشیِ خود را صرف نوع دیگری از موتورها کرد که از بازده بالاتری نسبت به موتورهای بنزینی برخوردار بودند. اشتعال در موتور جدید، که سوخت آن پودر زغال سنگ بود، در اثر درجه‌ی حرارت بالای هوای متراکم شده انجام می‌گرفت (اشتعال تراکمی) و از این حیث تفاوت‌های اساسی با موتورهای بنزینی، که در آن دوران مورد استفاده بودند، داشت. موتور مذکور در سال 1892 با موفقیت آزمایش شد و همین موفقیت باعث گردید تا نام دیزل، به عنوان یک مخترع بزرگ در تاریخ سیر تکاملی موتورهای احتراق داخلی[8] ثبت شود. رادلف دیزل برای آخرین بار در سال 1913 در یک کشتی بخار، حین عبور از یک کانال در انگلستان دیده شد [3].پس از گذشت سال‌ها و تحقیقات دانشمندان و همچنین اختراع پمپ انژکتور توسط رابرت بوش در سال 1923 انواع تکامل یافته‌ی موتورهای اشتعال تراکمی ساخته شدند و مشکلاتی که این نوع موتورها به دلیل عدم استفاده از پمپ انژکتور و سوخت مناسب داشتند، برطرف گردیدند. امروزه موتورهای اشتعال تراکمی با سوخت گازوئیل کار می‌کنند و به احترام مخترع آن، یعنی رادلف دیزل، موتورهای دیزل نامیده می‌شوند.

2-3- مقایسه‌ی موتورهای احتراق اشتعال تراکمی (CI) و جرقه‌ای(SI)

موتورهای احتراق داخلی مختلف دارای تفاوت­ها و شباهت­هایی با یکدیگر می‌باشند. تفاوت موتورهای احتراق داخلی عمدتاً از تفاوت ماهیت فرآیندهای حاکم ایجاد می­شود که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:سوخت مصرفی: نوع سوخت مصرفی در یک موتور احتراق داخلی از اهمیت بالایی برخوردار است؛ چراکه طراحی یک موتور احتراق داخلی بر اساس نوع سوخت مصرفی صورت می­گیرد. در موتورهای اشتعال جرقه­ای یا بنزینی(SI) سوخت مصرفی باید دارای عدد اکتان بالایی باشد؛ در حالی که در موتورهای احتراق تراکمی یا دیزلی(CI) باید عدد اکتان سوخت مصرفی پایین باشد. البته برای هر دو مورد محدودیت­هایی نیز وجود دارد.نحوه‌ی عملکرد: یکی از تفاوت­های اصلی بین موتورهای احتراق داخلی نحوه‌ی ایجاد مخلوط
هوا-سوخت در داخل سیلندر است. شکل 2-1 این تفاوت را به‌صورت شماتیک نمایش می­دهد. در موتورهای دیزل به طور معمول با استفاده از یک انژکتور، سوخت به داخل محفظه‌ی احتراق تزریق و با هوای اضافه‌شده در مرحله‌ی مکش مخلوط می­گردد، ولی در موتورهای SI سوخت به‌صورت پیش‌اختلاط وارد محفظه‌ی احتراق می­شود.

2-1- مقدمه…………………………………………………………………………….. 6

2-2- تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی…………………………………………… 6

2-2-1- چرا موتورهای احتراق اشتعال تراکمی را موتورهای دیزلی می نامند؟…. 7

2-3- مقایسه‌ی موتورهای احتراق اشتعال تراکمی (CI) و جرقه‌ای(SI)………… 7

2-3-2- کاربرد موتورهای دیزل……………………………………………………….. 10

2-4- مزایای موتورهای دیزل…………………………………………………………. 11

2-5- موتورهای دیزل با پاشش مستقیم (DI) و پاشش غیرمستقیم (IDI).ا…. 12

2-6- مراحل کار موتورهای دیزل…………………………………………………….. 13

2-7- مروری بر منابع.. …………………………………………………………………15

2-8- جمع‌بندی………………………………………………………………………. 19

تفاوت انجام احتراق در دو موتور احتراق تراکمی-و اشتعال جرقه ای

تفاوت انجام احتراق در دو موتور احتراق تراکمی-و اشتعال جرقه ای

فصل سوم (مواد و روش‌ها: مدل‌سازی و روش‌های حل مسئله)

برای حل و تحلیل نتایج مسئله‌ی مطرح شده به عنوان موضوع این پایان‌نامه، از نرم افزار AVL-Fire استفاده شده است. این نرم افزار توانایی حل عددی طیف وسیعی از مسائل رایج را در ارتباط با موتورهای احتراق داخلی دارد. نرم افزار AVL-Fire برای مقاصد خاص ابزارهایی را ارائه می‌کند که در اصطلاح مدول[1] نامیده می‌شوند. این مدول‌ها قابلیت انجام محاسبات را در فیلدهایی خاص دارند که نتایج محاسبات آن‌ها در کنار نتایج حاصل از حل معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی مجموعه‌ی بزرگی از خروجی را تولید می‌کنند. در پروژه‌ی حاضر از مدول‌های Combustion، Species Transport، Spray و Emission استفاده شده است که توانایی شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی (به منظور بررسی کاویتاسیون)، محاسبات ترکیب گازها و شبیه‌سازی اسپری سوخت را دارند. از مدول دوم به منظور اعمال اثرات دما و چگالی گاز موجود در محفظه‌ی احتراق به اسپری استفاده شده است. این مدول در هر گام محاسباتی با تزریق سوخت، ترکیب محتویات محفظه‌ی احتراق را محاسبه می‌کند. مدول‌ سوم با جزئیات بیشتری در این فصل تشریح شده است. بدیهی است که بدون درکی صحیح از اصول کار نرم افزار و پشتوانه‌ی تئوریک آن، نمی‌توان از آن به شکل صحیح استفاده نمود.

3-2- مش بندی

شبکه‌بندی دامنه‌ی حل مسئله را معین می‌کند و کیفیت آن تاثیر به‌سزائی در کاهش زمان محاسبات دارد. ویژگی‌های یک شبکه‌ی مطلوب عبارت است از:

  • تعداد سلول حداقل باشد. چرا که با افزایش تعداد حجم کنترل‌ها زمان محاسبات و همچنین خطای کار با اعداد اعشاری بیشتر می‌شود.
  • برای شدت تغییرات، اندازه‌ی سلول‌ها به اندازه‌‌ی کافی کوچک باشد. در بخش‌هایی که میزان تغییرات شدید است، باید تراکم سلول‌ها بیشتر باشد.
  • جواب به‌دست آمده مستقل از تعداد سلول‌ها باشد. اگر تعداد سلول‌ها از حد مشخصی بیشتر شود، در جواب نهایی تاثیری نخواهد گذاشت. بدیهی است که حد مذکور برای تعداد سلول‌ها مطلوب خواهد بود.

برای اطمینان از صحّت محاسبات، لازم است مش‌های تولید شده، دارای کیفیت مطلوب باشند. در جریان محاسبه‌ی سلول‌های هر کدام از مش‌ها، این امکان وجود دارد که سلول‌هایی با حجم یا نرمال منفی و یا نرمال‌هایی موازی با سطح تولید شوند. شکل 3- 1 رایج ترین حالات نامطلوبی را که ممکن است برای سلول‌های یک مش به‌وجود آید، نشان می‌دهد.

منظور از حجم منفی حالتی است که در آن سطوح یک سلول همدیگر را قطع می‌کنند. نرمال منفی حالتی است که وسط یک سلول در خارج از حجم آن قرار می‌گیرد (شکل سلول مقعر می‌شود). همچنین ممکن است نرمال‌های یک سطح بر آن عمود نباشند که در نرم افزار AVL-Fire از آن با عنوان صفحه‌ی پیچ‌خورده یاد می‌شود. هیچ سلولی نباید دارای حجم یا نرمال منفی باشد. قبل از انجام محاسبات وجود چنین سلول‌هایی بررسی شده و در صورت لزوم رفع می‌شوند. برای این منظور AVL-Fire تمامی سلول‌ها را بررسی کرده و تا حد امکان ایرادات را رفع می‌کند. مش‌های مورد استفاده برای این پایان‌نامه فاقد هر نوع خطای مش‌زنی بوده و دارای کیفیت مطلوبی هستند. با این همه در مش انژکتور، برای برخی نواحی، پارامتر نسبت طول به عرض سلول‌ها نزدیک یک نیست که باعث می‌شود کیفیت مش در این نواحی کمی پایین باشد.الگوریتم مورد استفاده Simple و برای توربولانس مدل k-zeta-f است که برای زاویه‌های نزدیک به نقطه‌ی مکث بالا، از  بسیار کوچکی استفاده شده تا جواب‌ها واگرا نشوند. به تدریج بر میزان  افزوده شده تا محاسبات در زمان معقول صورت گیرند.  طبق جدول 3- 1 تعیین شده‌اند. روش مورد استفاده برای دقت محاسبات یا به عبارت بهتر تعیین شرایطی که باید حلقه‌ی محاسبات متوقف گردد، Reduction of Residuals با دقت 01/0 می‌باشد.

3-1- مقدمه………………………………………………………………………. 22

3-2- مش بندی…………………………………………………………………… 22

3-2-1- استقلال از شبکه………………………………………………………… 27

3-3- جریان های چند فازی……………………………………………………….. 27

3-4- شبیه‌سازی عددی اسپری…………………………………………………. 28

3-5- مشخصه‌های عملکردی موتور……………………………………………… 36

3-5-1- گشتاور و توان……………………………………………………………… 37

3-5-2- مصرف سوخت ویژه………………………………………………………. 39

3-6- تشکیل دوده(soot) در موتورهای دیزلی………………………………….. 40

3-7- بررسی پارامترهای مؤثر در ایجاد آلاینده‌ها………………………………… 41

3-7-1- اثر جنس سوخت…………………………………………………………. 41

3-7-2- اثرات طراحی و پارامترهای عملکردی موتور…………………………….. 43

3-7-3- تأثیر دور موتور، دمای هوای ورودی و میزان پاشش سوخت………… 44

3-8- محاسبه‌ی پارامترهای مورد نیاز برای آنالیز قانون اول…………………. 47

3-9- معرفی چند مدل احتراقی مهم………………………………………… 48

3-9-1- مدل EBU (Eddy Breakup) ا…………………………………………48

3-9-2- مدل ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zones)ا 48

3-9-3- مدل PDF (Probability Density Function)ا……………………… 50

3-10- جمع‌بندی…………………………………………………………… 51

حالات نامطلوب برای سلول های یک مش

حالات نامطلوب برای سلول های یک مش

فصل چهارم (اعتبارسنجی و تحلیل نتایج)

در این فصل ابتدا منحنی‌ فشار به‌دست آمده توسط نرم‌افزار AVL-Fire، که از روش CFD بهره می‌گیرد،  با نمودار تجربی موجود در مطالعه‌ای که خلیل‌آریا و همکاران [36] روی موتور 8/1 لیتر HSDI[1] انجام داده‌اند، اعتبارسنجی می‌شود. سپس سایر منحنی‌ها و کانتورهای حاصل‌شده شامل پارامترهای عملکردی، فشار متوسط، نرخ حرارت آزادشده، آلایندگی و … نشان داده خواهند شد.

4-1- مقدمه………………………………………………………………….. 54

4-2- معرفی موتور مورد بررسی و اعتبارسنجی نتایج…………………… 54

4-3- شرایط اولیه‌ی شبیه‌سازی………………………………………….. 55

4-4- بررسی مشخصات عملکردی موتور…………………………………. 56

4-4-1- گشتاور اندیکه………………………………………………………. 56

4-4-2- توان مؤثر متوسط اندیکه. …………………………………………..57

4-4-3- مصرف سوخت مخصوص اندیکه…………………………………… 58

4-5- بررسی آلایندگی موتور………………………………………………. 58

4-5-1- آلاینده‌ی NOx.ا……………………………………………………… 59

4-5-2- آلاینده‌ی sootا………………………………………………………. 61

4-6- بررسی منحنی‌های فشار و نرخ گرمای آزادشده………………… 64

6-4-1- منحنی‌های فشار………………………………………………… 64

4-6-2- منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما ………………………………….67

4-7- کانتورهای مرتبط……………………………………………………. 70

4-7-1- کانتورهای دمایی………………………………………………… 71

4-7-2- کانتورهای مربوط به نسبت هم‌ارزی…………………………… 72

4-7-3- کانتورهای مربوط به جزء جرمی C13H23ا……………………………. 73

شماتیک کارکرد مدل ECFM-3z درموتور دیزل

شماتیک کارکرد مدل ECFM-3z درموتور دیزل

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم (نتیجه‌گیری و پیشنهادات).

موتورهای دیزل پاشش‌مستقیم به دلیل داشتن گشتاور خروجی بالا، کاربرد وسیعی در اتومبیل‌های سواری، کشتی‌ها، کامیون‌های سنگین و … دارند. بازده گرمایی عالی این موتورها تأثیر به‌سزایی در صرفه‌جویی مصرف انرژی و جلوگیری از گرم شدن زمین دارد. پاشش مستقیم سوخت درون محفظه‌ی احتراق منجر به مصرف سوخت به‌صرفه‌تری می‌شود؛ چراکه هوای ورودی با تبخیر سوخت خنک‌تر می‌گردد. همچنین تزریق مستقیم سوخت منجر به بهبود مقاومت در برابر شوک و راندمان حجمی می‌گردد.

5-2- نتیجه‌گیری

در این پایان‌نامه سعی شد تا با انجام مطالعات CFD روی موتور دیزل پاشش‌مستقیم فورد 8/1 پارامترهای بسیاری از این موتور بررسی گردند. مشخصات کامل موتور در فصل چهارم مطرح گردیده و قبل از تحلیل نتایج به اعتبارسنجی آن‌ها پرداخته شد. پس از اعتبارسنجی و  اطمینان از تطابق مناسب مدل بررسی‌شده با نتایج تجربی و نیز بیان شرایط اولیه‌ی مورد بررسی، برخی از مشخصات عملکردی موتور از جمله IT، IMEP، و ISFC بررسی شدند. سپس این موتور از منظر آلایندگی NOx و soot بررسی شده و پس از آن منحنی‌های فشار P و HRR تحلیل شدند. در انتها به بررسی کانتورهای دما T، نسبت هم‌ارزی و جزء جرمی C13H23 مبادرت شد. در این بخش به بیان خلاصه‌ای از نتایج به دست آمده پرداخته می‌شود.

گشتاور اندیکه IT

افزایش مقدار اولیه‌ی سوخت پاشش‌شده در یک دمای ثابت، باعث کاهش IT می‌گردد. همچنین مقدار IT با افزایش دمای محفظه‌ی احتراق در یک جرم سوخت پاشش‌شده‌ی ثابت سیری نزولی دارد. دامنه‌ی IT در محدوده‌ی 750 تا 1750 نیوتن-متر متغیر می‌باشد.

توان موثر اندیکه IMEP

مشابه IT، IMEP نیز با ثابت نگه داشتن دمای محفظه‌ی احتراق و افزایش جرم سوخت پاشش‌شده روندی نزولی دارد. همچنین در یک جرم سوخت پاشش‌شده‌ی ثابت، با افزایش دمای محفظه‌ی احتراق، IMEP کاهش می‌یابد. مقدار IMEP  در محدوده‌ی 5/2 تا 5 بار متغیر می‌باشد.

مصرف سوخت مخصوص اندیکه ISFC

هرچه مقدار جرم سوخت پاشش‌شده در یک دمای مشخص محفظه‌ی احتراق بیشتر باشد، ISFC نیز افزایش می‌یابد که امری قابل پیش‌بینی بود. همینطور با افزایش دمای محفظه‌ی احتراق و ثابت نگه‌داشتن جرم سوخت پاشش‌شده، افزایش ISFC قابل مشاهده می‌باشد. ISFC در محدوده‌ی 250 تا 950 گرم بر کیلووات تغییر می‌کند.

آلاینده‌ی NOx

با بررسی نمودارهای حاصل برای NOx، مشخص است که هرچه میزان جرم سوخت پاشش‌شده بیشتر می‌شود، NOx در حال کمتر شدن می‌باشد. همچنین سیر کلّی NOx با افزایش دما در حال بیشتر شدن می‌باشد.

آلاینده‌ی soot

soot نیز همانند NOx با افزایش دمای جرم سوخت پاشش‌شده شاهد روندی نزولی است. این امر با توجه به مرجع [35]، که در جدول 3- 4 نیز تصریح شده، امری امکان‌پذیر می‌باشد. اما با افزایش دمای محفظه‌ی احتراق روند کلّی soot روندی کاهشی است. بیشترین مقدار soot حدود 0045/0 و کمترین مقدار آن دو حدود 0005/0 می‌باشد.

فشار P

فشار محفظه‌ی احتراق با افزایش دما در حال کاهش است. همچنین با افزایش جرم سوخت پاشش‌شده، تغییر محسوسی در فشار دیده نمی‌شود ولی روند کلّی افزایشی مشاهده می‌گردد.

نرخ آزادسازی گرما HRR

هرچه دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق بیشتر می‌شود، HRR رو به کاهش می‌نهد. همینطور با افزایش جرم سوخت پاشش‌شده، روند رو به رشد بالایی HRR مشاهده می‌شود؛ به‌طوری که با حدود دوبرابر کردن جرم سوخت پاشش‌شده، HRR نیز حدود دو برابر می‌گردد.

5-3- پیشنهاد برای کارهای آتی

با توجه به نتایج گرفته شده در این پایان‌نامه در دور 1500 موتور مورد بررسی، پیشنهادات زیر مطرح می‌گردند:

  • همین نتایج در دورهای بالاتر نیز بررسی شوند تا بتوان از این موتور از منظر آلایندگی و مشخصات عملکردی اطمینان کامل حاصل نمود.
  • سایر مشخصه‌های عملکردی موتور و نیز بازده موتور را نیز می‌توان مورد تحلیل و بررسی قرار داد.
  • تأثیر شکل کاسه‌ی پیستون از دیگر عوامل مهمی است که می تواند مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد.
  • زاویه‌ی پاشش سوخت نیز بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
  • همچنین می‌توان این موتور را در دمای اولیه‌ی سوخت پاشش‌شده بررسی نمود.

شرایط مرزی تغییر داده شده و نتایج بررسی گردند.

5-1- مقدمه…………………………………………………………………. 75

5-2- نتیجه‌گیری…………………………………………………………….. 75

5-3- پیشنهاد برای کارهای آتی…………………………………………… 77

فهرست مراجع و مآخذ……………………………………………………… 78

کانتورهای دمایی مرتبط در دمای اولیه محفظه ای احتراق600 کلوین

کانتورهای دمایی مرتبط در دمای اولیه محفظه ای احتراق600 کلوین


Abstract

Internal Combustion (IC) engines are the most popular means of power production, especially in small sizes, in the world. These engines are commonly categorized into two main kinds, Spark Ignition (SI) and Compression Ignition Internal (CI) Combustion Engines. In the present era, most of the researchers in the field try to decrease the emission and increase the efficiency of these engines. The current work is done on the engine of FORD 1.8 L. It has started with numerical modeling (CFD) and validating the data with its previously obtained experimental diagrams. Then, the effects of changes in the initial conditions like the injected fuel mass and the cylinder’s initial temperature on some operating variables such as Indicated Mean Effective Pressure (IMEP), Indicated Specific Fuel Consumption (ISFC), and Indicated Torque (IT) and some other parameters like the in-cylinder pressure, and the rate of heat release have been investigated. Next, the effects of those changes have been researched on emission parameters like NOx and soot. Finally, contours related to temperature, mass fraction and the equivalence ratio have been analyzed. In the present work, the primary effort was to investigate all the above parameters with three engine speeds, each with six initial injected fuel masses, and each of these with five initial cylinder temperatures. After obtaining all the results and while writing the text, a huge pile of data was encountered. So a decision was made to make the long story short and reduce it to the analyses with only one engine speed, five initially injected fuel masses, and five initial cylinder temperatures. The results show that by decreasing the initial in-cylinder temperature, IMEP and IT increase and ISFC decreases. On the other hand, the effect of decreasing the initial fuel mass is to increase IMEP and IT.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان