فهرست مطالب

نشریه سوخت و احتراق
سال سوم شماره 2 (پیاپی 6، پاییز و زمستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/10/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • جواد قارلقی، امیرحسن کاکایی، علی اصغر فروغی فر صفحه 1
    در این تحقیق ابتدا انتقال گرما در پیستون موتور اشتعال جرقه-ای محاسبه شده، سپس با تعیین شرایط مرزی گرمایی به بررسی عملکرد موتور در دو حالت سوخت گاز و بنزین پرداخته شده است. سه روش متفاوت برای مدل کردن انتقال گرما به کار رفته است. در روش اول برای پیستون، سیلندر و سرسیلندر، یک دمای ثابت و تقریبی در نظر گرفته شده و توسط مدل دو ناحیه ای احتراق شرایط میدان گاز درون سیلندر (دما، فشار و ضرایب انتقال گرمای جابه-جایی) محاسبه می شوند. در روش دوم برای هر سه قسمت پیستون، سیلندر و سرسیلندر، سه دمای مجهول در نظر گرفته شده و معادلات انتقال گرما با مدل دو ناحیه ای به صورت همزمان حل می شوند. در روش سوم که دقیق ترین روش است، به صورت همزمان بر اساس مدل شبکه گرمایی مقاومت- خازن، 24 معادله انتقال گرما با کد دو ناحیه ای، حل می شود. نتایج به دست آمده از سه روش به منظور بررسی اثر آن ها بر رفتار گرمایی پیستون با هم مقایسه می شوند. نشان داده شده است که استفاده از مدل مقاومت-خازن با تعداد معادلات کمتر و در نتیجه زمان حل کمتر، روشی مناسب برای حل مسائل گرمایی موتور است. مجموعه این عملیات توسط کدی که در نرم افزار متلب (MATLAB) نوشته شده انجام شده است و نتایج با داده های تجربی موتور EF7.TC صحه گذاری شده است.
    کلیدواژگان: موتور دوگانه سوز، شبکه گرمایی مقاومت، خازن، پیستون، مدل دو ناحیه ای احتراق
  • صمد جعفرمدار، رامین برزگر، مستانه حسین زاده، شهرام خلیل آریا صفحه 17
    در کار حاضر به منظور بررسی تاثیرات تزریق فواره (Jet) هوا به داخل محفظه احتراق و همچنین استفاده از پیستون عایق بر روی فرایند احتراق، تولید آلاینده ها و متغیرهای عملکردی در یک موتور دیزلی پاشش مستقیم، طرحی ارائه شده است که در آن در داخل یک پیستون عایق محفظه ای فرعی ایجاد شده که از طریق گلوگاه هایی به محفظه احتراق اصلی متصل می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از سلول هوا می تواند روش موثری برای کاهش ذرات دوده خروجی از یک موتور دیزلی پاشش مستقیم بوده و همچنین باعث کاهش در مقدار آلاینده NOx خروجی شود. استفاده از پیستون عایق سبب کاهش قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت ویژه و افزایش قابل توجهی در فشار موثر متوسط داخل سیلندر می-شود، در حالی که تاثیر قابل توجهی بر روی ذرات دوده خروجی ندارد. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از پیستون عایق به دلیل کاهش انتقال گرما و بالا رفتن دمای داخل سیلندر منجر به افزایش NOx به میزان قابل توجهی نسبت به موتور پایه می شود. نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده و رفتار قابل قبولی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: موتورهای دیزلی، کاهش آلاینده ها، سلول هوا، فواره هوا، پیستون عایق
  • جلال زروندی، صادق تابع جماعت، محمدرضا بیگ محمدی صفحه 31
    در مطالعه حاضر مدلسازی عددی احتراق جریان کاملا آرام، استوکیومتریک پیش اختلاط متان- هوا در یک محفظه احتراق دو بعدی در ابعاد میکرو بررسی شده است. هدف از این مطالعه بررسی چگونگی وقوع، پدیده شناسی و متغیرهای موثر از قبیل پایداری شعله بر نحوه احتراق در تجهیزات MEMS جهت تولید انرژی یا نیروی پیشران در ابعاد کوچک جهت کاربردهای هوافضایی برای اکتشافات فضائی است. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان می دهند که پایداری شعله در داخل یک محفظه احتراق میکرو به مقدار زیادی به مقادیر ضخامت دیواره محفظه احتراق و ضریب رسانایی گرمایی دیواره، عرض (ارتفاع) محفظه احتراق، ضریب انتقال گرمای جابه جایی بین دیواره بیرونی محفظه احتراق و محیط اطراف و سرعت ورودی مواد واکنش دهنده پیش مخلوط وابسته است.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق میکرو، پیش اختلاط، متان، هوا، پایداری شعله
  • امیر امیدوار، الهام امینی صفحه 47
    در این نوشتار خواص فیزیکی و مشخصات قطره سازی (Atomization) زیست سوخت به دست آمده از ریز جلبک کلامیدوموناس (Chlamydomonas) بررسی و مطالعه شده است. به تازگی گونه (species) خاصی از ریزجلبک کلامیدوموناس با نام MCCS 026 در برخی نواحی جنوبی ایران (استان فارس) شناسایی شد که پتانسیل تولید زیست سوخت را دارد. بر طبق تحقیقات فیزیولوژیکی- مولکولی انجام شده، این گونه خاص جلبکی علاوه بر نرخ سریع رشد و ظرفیت چربی مطلوب و قابل قبول، محیط کشت بسیار ساده و ارزان قیمتی دارد به طوری که حتی در شرایط اقلیمی ایران به طور طبیعی نیز قابل رشد و تکثیر است. علی رغم تمام این ویژگی ها، برای اطمینان از عملکرد مطلوب زیست سوخت جدید در موتورهای احتراق تراکمی لازم است خواص فیزیکی و خصوصیات قطره سازی این سوخت مورد بررسی قرار گیرد. در تحقیق حاضر برای اولین بار خواص فیزیکی و خصوصیات قطره سازی زیست سوخت جدید به طور تحلیلی مطالعه شده است. نتایج نشان داد که سوخت به دست آمده از این گونه جلبکی خواص بسیار مشابهی با سوخت دیزل فسیلی دارد. تحلیل فرآیند قطره سازی سوخت نیز حاکی از این است که زیست سوخت جدید نسبت به برخی از زیست سوخت های مرسوم و مورد استفاده در اروپا و امریکا از جمله سویا و کانولا متیل استر عملکرد بسیار مطلوب تری دارد. همچنین بررسی ها نشان داد که زیست سوخت جدید نسبت به زیست سوخت به دست آمده از برخی ریز جلبک های مرسوم دیگر در تولید زیست سوخت مانند کلرلا (Chlorella) نیز از کیفیت بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: زیست سوخت، ریزجلبک، کلامیدوموناس، قطره سازی، خواص فیزیکی
  • روزبه ریاضی، نگار نباتیان، محمد فرشچی * صفحه 59

    بررسی تجربی حاضر به مطالعه پاسخ شعله های پیش مخلوط آرام V- شکل و M- شکل به نوسانات آکوستیکی پرداخته است. به طور کلی محفظه-های احتراقی که در آن ها شعله V- شکل تشکیل می شود نسبت به ناپایداری احتراق حساس هستند. شعله های V- شکل بر روی میله مرکزی مشعل تشکیل می شوند و شعله های M- شکل به میله مرکزی مشعل و لبه لوله مشعل می چسبند. این بر خلاف شعله های مخروطی است که فقط به لبه لوله مشعل می چسبند. به همین دلیل شعله های V- شکل و M- شکل در مقایسه با شعله های مخروطی حساسیت بیشتری به نوسانات جریان نشان می دهند. در مطالعه حاضر برای تشکیل شعله-های پیش مخلوط V- شکل و M- شکل از مخلوط پروپان- هوا استفاده شده است. در ابتدا با تغییر نسبت هم ارزی سوخت- هوا، محدوده های مناسب نسبت هم ارزی برای تشکیل شعله های پایدار V-شکل و M- شکل تعیین شد. نتایج اولیه نشان داد که شعله M- شکل در مقایسه با شعله V- شکل در بازه محدودتری از نسبت هم ارزی به صورت پایدار تشکیل می شود. سپس برای مطالعه پاسخ شعله به نوسانات آکوستیک از یک بلندگو جهت تولید امواج آکوستیکی با دامنه ثابت در بازه معینی از تواتر های (Frequency) تحریک استفاده شد و نوسانات فشار شعله تحریک شده در پایین دست جریان توسط یک میکروفون اندازه گیری شد. تصاویر مربوط به نوسانات سطح شعله تحریک شده توسط یک دوربین سرعت بالا (CCD Camera) ثبت شد و با استفاده از قابلیت های پردازش تصویر در نرم افزار MATLAB دامنه و فاز پاسخ شعله محاسبه شد. همچنین تغییرات شکل شعله و شدت نور آن، در طول یک دوره تناوب، برای مقادیر مختلف نسبت هم ارزی و دبی جریان بررسی شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که نوسانات سرعت و نحوه تولید و انتشار گردابه ها نقش مهمی در پاسخ شعله به نوسانات آکوستیکی دارند. همچنین فاز تابع پاسخ شعله نسبت به تغییرات تواتر تحریک رفتاری شبه- خطی دارد. این امر بیانگر آن است که تاخیر زمانی مربوط به نوسانات گرمای آزاد شده نسبت به نوسانات تحریک شعله مقداری معین است. به عبارتی دیگر نوسانات آکوستیک همواره پس از مدت زمانی معین به سطح شعله می رسند. نتایج مربوط به بهره پاسخ شعله نیز نشان می دهد که شعله در محدوده معینی از تواتر های تحریک آکوستیک به تغییرات نسبت هم-ارزی حساس تر است. با بررسی رفتار شعله در یک دوره تناوب می-توان محدوده زمانی مربوط به بیشینه گرمای آزاد شده از شعله را تعیین کرده و تاثیر متغیرهای غیرخطی در پاسخ شعله را بررسی کرد.

    کلیدواژگان: شعله V، شکل، شعله M، تابع پاسخ شعله، نسبت هم ارزی
  • امیرحسن کاکایی مسعود نصرآبادی صفحه 75
    در مقاله حاضر یک مدل نیمه تجربی به منظور کنترل فاز احتراق برای جلوگیری از وقوع کوبش در موتور پرخوران اشتعال جرقه ای با سوخت ایزواکتان بهینه شده و ارائه شده است. مدل کوبش ارائه شده بر مبنای مدل انتگرالی کوبش بوده و با یک مدل شبه ابعادی برای شبیه سازی و پیش بینی چرخه قدرت در موتور اشتعال جرقه ای ترکیب شده است. مدل نیمه تجربی کوبش با استفاده از نتایج آزمایشگاهی بهینه و صحه گذاری شده است. با استفاده از این مدل می توان راهبرد کنترل زمان شروع احتراق در موتور اشتعال جرقه ای را برای دستیابی به بیشینه گشتاور خروجی بهبود بخشید. نتایج نشان می دهند که مدل کوبش مذکور قادر است زاویه لنگ وقوع کوبش (خود اشتعالی) را با اختلاف حداکثر oCA 2 پیش بینی کند. با استفاده از این مدل نه تنها با تغییر متغیرهای عملکردی و طراحی امکان پیش بینی زاویه وقوع کوبش و شرایط مرزی آن میسر است بلکه میزان تاثیر هر متغیر بر شدت کوبش نیز قابل مشاهده است.
    کلیدواژگان: خوداشتعالی، مدل انتگرالی کوبش، مدل شبه ابعادی، بهینه سازی، گاز انتهایی
  • کامران پورقاسمی، فتح الله امی، وحید اصفهانیان، حامد طنابی صفحه 91
    هدف مقاله بررسی نحوه کاهش آلاینده های دوده و NO در پاشش دومرحله ای سوخت در موتورهای دیزل پاشش مستقیم است. در این پژوهش پاشش دومرحله ای بهینه سوخت به عنوان یک روش مفید و مؤثر برای کاهش همزمان آلاینده های دوده و NO معرفی شده است. تحقیقات بر روی یک موتور دیزل پاشش مستقیم ساخت شرکت موتورسازان تبریز انجام گرفت. برای ارزیابی مزایای به کارگیری راهکار پاشش دومرحله ای و بررسی سازوکار احتراق، از کد سه بعدی KIVA-3V استفاده شد. نتایج به دست آمده از تحقیق نشان داد که راهکار پاشش دومرحله ای با فاصله زمانی مناسب بین مراحل پاشش می تواند در کاهش همزمان آلاینده های مذکور مؤثر باشد. همچنین بر پایه نتایج حاصل از شبیه سازی، سازوکار کاهش آلاینده NO همانند پاشش یک مرحله ای با به تاخیر انداختن زمان پاشش است. کاهش دوده نیز به این علت است که در پاشش دومرحله ای به دلیل توقف بین دو مرحله پاشش، ناحیه غنی از سوخت در نوک اسپری که عامل تولید دوده است، حذف می شود. نتایج به دست آمده از تحقیق برای موتور مورد نظر نشان داد که با استفاده از راهکار پاشش دو مرحله ای مقدار دوده و NO در گازهای خروجی به ترتیب 33 و 11درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: موتور دیزل پاشش مستقیم، پاشش دومرحله ای سوخت، KIVA، 3V، دوده، NOx
|
  • J. Gharloghy, A. H. Kakaee, A. A. Forooghifar Page 1
    In this study، the heat transfer of SI engine piston is calculated. Engine performance in two modes of CNG fuel and petrol has been studied. For thermal simulation، three different models have been used. In the first model، three approximate and constant temperatures are selected for piston، cylinder and cylinder head، and subsequently the temperature، pressure and convection coefficients of the in-cylinder gas are determined using two-zone combustion model. In the second model، for each of the walls (piston، cylinder and cylinder head)، the relevant heat transfer equations with two-zone model are solved considering three unknown temperature. In the third model، which is the most accurate method، 24 heat transfer equations coupled with the two-zone model are solved simultaneously based on resistor-capacitor thermal network model. Eventually، results of the three models are compared to study their effect on the piston thermal behavior. It has been shown that use of resistor-capacitor model with lower number of equations and consequently less solution time is an appropriate method for solving problems of engine heat transfer. The simulations were carried out by a MATLAB code and the results were validated with the experimental data of the EF7. TC engine.
  • S. Jafarmadar, R. Barzegar, M. Hoseinzadeh, Sh. Khalilarya Page 17
    In the present article، the effects of air injection into the combustion chamber and utilization of an insulated piston have been investigated on combustion process، emission formation and performance characteristics in a direct injection diesel engine. In the proposed method، the secondary chamber is created inside the piston which is connected to the main combustion chamber via throats. The obtained results indicate that fabrication of the air-cell inside the piston could be very effective on reduction of the exhaust soot emission and has a slight effect on NOx reduction in a diesel engine. Utilizing an insulated piston causes a sizeable decrease in specific fuel consumption and increases mean effective pressure. Also، the results show that use of an insulated piston increases NOx due to causing high temperature inside the combustion chamber as a result of reducing the heat loss from the piston walls. The obtained results are compared with the corresponding results in the literature and show a good agreement.
  • J. Zarvandi, S. Tabejamaat, M. R. Baig Mohammadi Page 31
    In the present study، numerical modeling of the combustion of a fully laminar stoichiometric premixed reactive flow of methane-air inside a 2D micro-combustion chamber was investigated. The aim of this study is the investigation of occurance، phenomenology and effective parameters such as flame stability on combustion process in MEMS devices for energy or propulsion generation on small scales for space exploration applications. The results show that flame stability in a micro- combustion chamber strongly depends on the combustion chamber wall thickness Lw، the combustion chamber wall thermal conductivity coefficient Kw، the combustion chamber width L، the outer wall convective heat transfer coefficient hout and reactive mixture velocity Vin.
  • A. Omidvar, E. Amini Page 47
    The overall objective of present research is to provide insight into physical properties and atomization characteristics of the Chlamydomonas algal biofuel. Biofuels are produced mainly from oil crops، animal fat and waste cooking oil. Because of low productivity and efficiency، these sources are not suitable for continuous and large-scale production of biofuel. Microalgae appear to be the only source of renewable biodiesel that is capable of meeting the global fuel demand. According to a novel physiological-molecular research، the naturally isolated microalga Chlamydomonas sp. MCCS 026 can be used as a valuable feedstock for biofuel production in our country. This species has high growth rate and lipid content requiring just a simple and low-cost culture medium. However، these benefits do not guarantee the practical usage of this new green fuel in DI engines. In order to employ a biodiesel well، it is necessary to know its key properties، i. e. density، viscosity and surface tension. These properties are closely related to the molecular structures of its fatty acid components. This study presents a predictive analytical investigation of the effects of viscosity، density and surface tension on atomization characteristics of the new suggested green fuel. Results from statistical analysis showed that Chlamydomonas algal fuel had near-similar properties to the petroleum diesel fuel. The atomization analysis indicated that for the same operating conditions، the novel biofuel shows better spray characteristics than well-known biofuels، i. e. soybean and canola methyl esters. Also، the results showed that the quality of this new biofuel is higher than other alga-based biofuels.
  • R. Riazi, N. Nabatian, M. Farshchi Page 59

    An experimental study was conducted on the response of V-shaped and M-shaped premixed flames to external acoustic excitation. Low emission premixed combustors with anchored V-flames are susceptible to combustion instabilities. V-flames attach to an anchoring rod at the centre of the burner، whereas M-flames attach to the anchoring rod as well as the burner rim. This is in contrast to conical flames which are anchored only on the burner rim. As a consequence، V- and M-shaped flames are more sensitive to external flow perturbations. In the present study، a mixture of propane-air was used. The mixture equivalence ratio was changed to determine the stability range of V- and M-shaped premixed flames. The results indicated that M-shaped flames have a narrower stability range compared to that of V- flames. This limited the equivalence ratios range for acoustic excitation experiments. In order to study the flame response to external acoustic excitations، a loud speaker was placed upstream of the flame to generate acoustic waves in a certain range of frequencies. Pressure fluctuations caused by the acoustically excited flame were measured by a microphone placed downstream of the burner. Flame imaging was done with a CCD high speed camera during acoustic excitations. These images were used for flame response determination. Image processing was accomplished using the MATLAB software to obtain the amplitude and phase of the flame response. Variations of the flame shape and the intensity of light emitted by the flame were examined during a period of excitation for various values of equivalence ratios and flow rates. The results indicated that the vortex shedding and roll-up due to the velocity perturbations play an important role on the flame response. The phase response of flames evolves quasi-linearly with excitation frequency، indicating a certain time delay for the fluctuations to reach the flame surface. Also، in a certain range of excitation frequency، the flame gain response exhibits more sensitivity to variation of the equivalence ratio. Observations of the V- flame behavior during a period of excitation have led to determination of the effects of nonlinear parameters on the flame response.

  • A. H. Kakaee, M. Nasrabadi Page 75
    The objective of this paper is to present a simulation model for controlling combustion phasing in order to avoid knock in turbocharged SI engines. An empirically based knock integral model was integrated in a quasi -dimensional simulation tool. The empirical knock model was optimized and validated against engine tests. This model can be used to optimize control strategy of combustion initiation in SI engine to reach the maximum berak turque. The model is able to predict knock onset with an accuracy of 2 crank angle degrees. With the established knock model، it is possible not only to investigate whether knock is observed by changing operating and design parameters، but also to evaluate their effects on knock intensity.
  • K. Poorghasemi, F. Ommi, V. Esfahanian, H. Tanabi Page 91
    The aim of this paper is to investigate the mechanism of soot and NO emission reduction using split injection in a DI Diesel engine. In this research، split injection strategy was introduced as a useful way to reduce both emissions simultaneously. Investigations have been conducted on a DI Diesel engine manufactured by Motorsazan Tabriz Company. To evaluate the benefits of split injection strategy and to reveal the combustion mechanism، modified three-dimensional CFD code KIVA-3V was used. Results showed that use of split injection with appropriate dwell between injection pulses can be effective in simultaneous emissions reduction. Based on computation results، NO reduction mechanism is as single injection with retarded injection timing. Also it is shown that reduced soot formation is because of the fact that the soot-producing rich regions at the fuel spray head are not replenished by new fuel when the injection is stopped and then restarted. The results showed that by using split injection strategy the amount of soot and NO can be reduced by 33% and 11%، respectively.