پایان نامه کارشناسی ارشد: بررسی عددی احتراق و آلایندگی موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد پایان نامه ارشد به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۱۳۰ صحفه است.

۲- فایل نرم افزاری و ستاپ حل برای فصل چهارم پایان نامه است.

جزییات فایل

چکیده

با توجه به انبوه منابع گاز طبیعی در حوزه خلیج‌فارس و دریای خزر، همچنین ازآنجایی‌که گاز طبیعی یک سوخت کم آلاینده و کم‌هزینه است استفاده از خودروهای دوگانه‌سوز در ایران رو به فزونی است. با در نظر گرفتن اینکه تمام خودروها بر اساس سوخت پایه بنزین کار می‌کنند و سوخت گاز با چند کیت الکتریکی به خودرو اضافه‌شده است و در خودروهای جدید حتی باوجود سیستم کنترل الکترونیکی مخصوص گاز، هنوز هم مشکلات زیادی در خصوص استفاده از آن‌ها وجود دارد، در این پایان نامه به بررسی عددی هم‌زمان این دو سوخت در شرایط یکسان پرداخته‌شده است. ازجمله پارامترهایی که در احتراق تأثیر زیادی دارند نسبت تراکم، زمان جرقه و زمان باز و بسته شدن سوپاپ‌ها است. در بخشی از پایان‌نامه به بررسی این پارامترها پرداخته‌شده است. هدف از این بخش، بررسی و به دست آوردن نقطه کاری مناسب برای سوختی است که آلایندگی کمتر و کوبش نداشته باشد که با استفاده از نرم افزار کمکین به تحلیل و بررسی متغییر های ورودی پرداخته شده است.

نتایج به‌دست‌آمده برای موتور جرقه‌ای نشان داد که با افزایش نسبت تراکم استفاده از سوخت بنزین اگرچه توان بالایی ایجاد می‌کند اما به علت کوبش بالا قابل‌اعمال نیست اما برای گاز حتی با افزایش نسبت تراکم تا مقادیر بالا کوبشی مشاهده نشد و همچنین توان موتور نیز افزایش داشت. همچنین در بهترین شرایط کاری استفاده از سوخت گاز و بنزین اگرچه در حدود ۴% توان ایجادشده در هنگام استفاده از بنزین بیشتر است اما هزینه این سوخت ۴ برابر استفاده از سوخت گازی است. به‌طورکلی می‌توان گفت سوخت گاز در شرایط متفاوت قابل‌استفاده می‌باشد درصورتی‌که استفاده از سوخت بنزین در شرایط خاص امکان‌پذیر است.

در بخش دیگری از این پایان‌نامه پارامترهای مؤثر بر عملکرد موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن موردبررسی قرارگرفته است این پارامترها شامل اثر دود برگشتی بخارآب و دما و فشار ورودی سیلندر بود نتایج برای موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن نشان داد که با اضافه کردن تنها ۸ درصد بخارآب می‌توان به دمای ۲۰ در جه سلسیوس کمتر از حالت ۳۰ درصد دود برگشتی رسید و اگر در دمای یکسان از بخارآب استفاده شود توان بیشتری ایجاد می‌گردد و با توجه به اینکه بخارآب به صوت زیاد و بدون هزینه می‌تواند در خودرو وجود داشته باشد خیلی به‌صرفه‌تر از دود برگشتی است. همچنین در درست کردن یک سیستم برگشت دود برگشتی با توجه به اینکه حجم هوا در آن زیاد است، باید از لوله و سیستم انتقال بزرگی استفاده کرد. پارامتر دیگر دما است که نتایج به‌دست‌آمده نشان داد درصورتی‌که کم کردن بیش‌ازحد دمای ورودی احتراق با توجه به اینکه پارامتر مهمی در احتراق است، احتراق صورت نمی‌گیرد ولی اگه دمای احتراق تا حدودی زیاد که در بازه دمایی ۴۷۰ تا ۵۱۰ درجه کلوین قرار گیرید. احتراق در بهترین حالت صورت می‌گیرد اما در صورت افزایش بیش‌ازحد دمای ورودی احتراق قبل از نقطه مرگ بالا صورت می‌گیرد و این باعث می‌شود که احتراق نتواند به کوبش تبدیل شود ولی راندمان احتراق به‌شدت کاهش میابد. پارامتر موردبررسی دیگر فشار هوای ورودی بود. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که اگر هرچه فشار ورودی زیاد شود راندمان کاری موتور افزایش میابد. اما افزایش بیش‌از۲ /۱ بار باعث افزایش کوبش می‌شود. سپس با اعمال روش تاگوچی با طراحی ۲۵ آزمایش به دنبال بهترین شرایط عملکرد در این‌گونه موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن مشخص شد که در دمای ورودی ۴۶۰  درجه کلوین و فشار ,ورودی ۲/۱ بار و درصد بخار ۶ و در صورت بسته شدن سوپاپ گاز در زاویه ۱۴۰ قبل نقطه مرگ بالا این شرایط قابل حصول است.

کلمات کلیدی: موتورهای احتراق داخلی، موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن، آلاینده‌ای احتراقی، موتورهای دوگانه‌سوز، روش تاگوچی، افزایش راندمان موتور

فهرست مطالب

فهرست مطالب

 

۱-           فصل اول ۱

۱-۱-       مقدمه    ۲

۱-۱-۱-  مدل‌سازی احتراق در موتور HCCI دوگانه‌سوز            ۲

۱-۱-۲- موتورهای دوگانه‌سوز احتراق همگن ۶

۱-۲-      تعریف مسئله        ۶

۱-۳-      اهداف     ۹

۱-۴-      کاربردهایی که از انجام این تحقیق متصور است            ۹

۱-۵-      ساختار پایان نامه                ۹

۲-           فصل دوم               ۱۰

۲-۱-      توسعه فرآیند احتراق در موتورهای دوگانه‌سوز:            ۱۱

۲-۲-شبیه‌سازی احتراق موتورهای دوگانه‌سوز            ۱۸

۲-۳-مدل‌سازی موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن (HCCI)        ۲۰

۲-۴-موتورهای HCCI     ۲۰

۲-۵-نوع اوری     ۲۵

۳-فصل سوم                        ۲۷

۳-۱-مقدمه                          ۲۸

۳-۲-شبيه سازي جريا نهاي واكنشي             ۲۸

۳-۲-۱-نقش عدد دامكهلر در شبيه سازي جريان هاي واكنشي               ۲۸

۳-۲-۲-                شبيه سازي واكنش هاي شيميايي   ۲۹

۳-۲-۳-               روش آرنيوس        ۲۹

۳-۲-۴-                مدل سازي جريان هاي واكنشي پيش آميخته               ۴۳

۳-۲-۵-               حالت هاي جبهه شعله در يك احتراق پيش آميخته     ۴۳

۳-۳-مدلسازي اكسيدهاي نيتروژن                ۴۷

۳-۳-۱-اكسيد نيتروژن حرارتي      ۴۸

۳-۳-۲-اكسيد نيتروژن فوري         ۴۹

۳-۳-۳-اكسيد نيتروژن سوخت      ۵۰

۳-۳-۴-كاهش ميزان NOx به دليل سوختن مجدد   ۵۰

۳-۳-۵-               اعمال اثر توربولانس بر ميزان توليد آلاينده    ۵۱

۳-۴-تحليل عددي انتقال حرارت به طريق تشعشع     ۵۲

۳-۴-۱- مفهوم شدت تابش               ۵۳

۳-۴-۲-تغييرات شدت تابش به هنگام عبور از يك محيط مادي              ۵۴

۳-۴-۳-               تاثير جذب و پراكنش          ۵۴

۳-۴-۴-                فرض گاز خاكستري             ۵۸

۳-۴-۵-               مدل سازي تشعشع             ۶۱

۳-۴-۶-ضخامت نوري  و مدل هاي انتقال حرارت تشعشعي       ۶۳

۳-۵-فرض‌ها برای مدل‌ها: ۶۷

۳-۶-مقدمه مدل احتراق موتور اشتعال جرقه‌ای          ۶۸

۳-۶-۱-محاسبه سیکل     ۷۰

۳-۷-پارامترهای عملکرد موتور       ۷۱

۳-۸-جمع بندی                 ۷۲

۴-فصل چهارم                     ۷۴

۴-۱-مقدمه                          ۷۵

۴-۲-بخش اول بررسی موتورهای احتراق داخلی جرقه‌ای           ۷۵

۴-۲-۱-تعریف مسئله        ۷۵

۴-۲-۲-اعتبار سنجی موتور جرقه‌ای             ۷۷

۴-۲-۳-نتایج و بحث         ۷۸

۴-۳-بخش دوم بررسی موتورهای احتراق داخلی اشتعال تراکمی سوخت همگن   ۹۱

۴-۳-۱-اعتبار سنجی موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن       ۹۱

۴-۴-بررسی اثر بخارآب بر احتراق                   ۹۵

۴-۴-۱–تأثیر مقدار دود برگشتی بر احتراق ۹۷

۴-۵-بررسی میزان فشار پر کردن سیلندر بر احتراق  ۹۹

۴-۶-بررسی میزان دمای ورودی بر احتراق    ۱۰۱

۴-۷-نتیجه‌گیری                ۱۰۳

۴-۷-۱-روش تاگوچی        ۱۰۳

۵-فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادها                          ۱۰۸

۵-۱-نتیجه‌گیری ۱۰۹

۵-۲-پیشنهادها  ۱۱۰

۵-۳-مقدمه‌ای به کد کمکین            ۱۱۶

۵-۳-۱-معادلات حاکم ترمودینامیکی            ۱۲۰

 

 

فهرست اشکال

 

شکل ‏۱ ۱٫موتورهای سوخت همگن اشتعال تراکمی]۱[   ۳

شکل ‏۱ ۲٫ نحوه طراحی موتورهای احتراق داخلی[۲]     ۵

شکل ‏۱ ۳٫ شماتیک سیستم عملکرد موتورهای احتراق داخلی الف) دوگانه‌سوز جرقه‌ای ب) اشتعال تراکمی سوخت همگن          ۷

شکل ‏۲ ۱٫ شماتیک مسئله داویس و ایلیوت [۴]             ۱۲

شکل ‏۲ ۲٫ شماتیک مسئله کریم و همکاران [۷]            ۱۳

شکل ‏۲ ۳٫ شماتیک مسئله عبدالله و همکاران] ۹ [       ۱۵

شکل ‏۲ ۴٫ مدل مسئله سلیم]۱۰[      ۱۶

شکل ‏۲ ۵٫ شماتیک مسئله روما و همکاران    ۱۷

شکل ‏۲ ۶٫  شماتیک مسئله ریتز و همکاران   ۱۹

شکل ‏۲ ۷٫  شماتیک باهلولی و همکاران          ۲۲

شکل ‏۲ ۸٫ شماتیک مسئله بحری و همکاران ۲۴

شکل ‏۳ ۱٫ تغییرات تابع احتمال در شعله های مختلف و در نواحی متفاوت               ۳۴

شکل ‏۳ ۲٫ توصيف گرافيكي تابع احتمال جرم مخصوص               ۳۷

شکل ‏۳ ۳٫  نمونه يك تابع دلتاي مضاعف        ۳۹

شکل ‏۳ ۴٫ شمايي از مفهوم Laminar flamelet و اثر مقياس ادي هاي آشفتگي بر لايه هاي شعله ۴۲

شکل ‏۳ ۵٫ رژيم احتراق در شعله هاي پيش آميخته در شرايط مختلف جريان         ۴۳

شکل ‏۳ ۶٫ تغييرات شرايط يك شعله پيش آميخته با تغييرات عدد كارلويچ            ۴۴

شکل ‏۳ ۷٫  مكانيزم هاي مختلف تشكيل اكسيد نيتروژن            ۵۲

شکل ‏۳ ۸٫  ضريب گسيل بخار آب و دي اكسيد كربن در طول موجهاي مختلف براي دماي ۱۸۰۰ كلوين              ۵۷

شکل ‏۳ ۹٫   مقايسه ضريب گسيل دوده در طول موج هاي مختلف با جسم سياه     ۵۷

شکل ‏۳ ۱۰٫   ضريب گسيل دي اكسيد كربن و بخار آب در دماهاي مختلف                ۵۹

شکل ‏۳ ۱۱٫   ضرايب تصحيح اثر فشار در ضريب گسيل ۶۰

شکل ‏۳ ۱۲٫  ضريب تصحيح اثر همپوشاني بخار آب و دي اكسيد كربن      ۶۱

شکل ‏۳ ۱۳٫  شرايط هندسي مدل DTRM    ۶۵

شکل ‏۳ ۱۴٫  شماتیک نمای جلو شعله              ۶۹

شکل ‏۴ ۱٫ طرح شماتیک از مسئله موردبررسی              ۷۶

شکل ‏۴ ۲٫ مقایسه NOx در نسبت‌های هم‌ارزی‌های مختلف      ۷۷

شکل ‏۴ ۳٫ مقایسه نقطه ایجاد کوبش و منحنی تغییرات فشار برحسب در جه میل‌لنگ         ۷۸

شکل ‏۴ ۴٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در نسبت‌های تراکم مختلف برای سوخت بنزین       ۸۰

شکل ‏۴ ۵٫ نمودار تشکیل رادیکال‌های OH برحسب درجه میل‌لنگ در نسبت‌های تراکم مختلف برای سوخت بنزین     ۸۰

شکل ‏۴ ۶٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در نسبت‌های تراکم مختلف برای گاز طبیعی             ۸۱

شکل ‏۴ ۷٫ نمودار تشکیل رادیکال‌های OH برحسب درجه میل‌لنگ در نسبت‌های تراکم مختلف برای گاز طبیعی          ۸۲

شکل ‏۴ ۸٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های جرقه مختلف برای سوخت بنزین         ۸۳

شکل ‏۴ ۹٫ تشکیل رادیکال‌های OH برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های جرقه مختلف برای سوخت بنزین   ۸۴

شکل ‏۴ ۱۰٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های جرقه مختلف برای گاز طبیعی             ۸۵

شکل ‏۴ ۱۱٫ تشکیل رادیکال‌های OH برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های جرقه مختلف برای گاز طبیعی       ۸۶

شکل ‏۴ ۱۲٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های مختلف بسته شدن سوپاپ گاز برای سوخت بنزین         ۸۷

شکل ‏۴ ۱۳٫ منحنی تغییرات رادیکال OH برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های مختلف بسته شدن سوپاپ گاز برای سوخت بنزین                ۸۷

شکل ‏۴ ۱۴٫ منحنی تغییرات فشار برحسب درجه میل‌لنگ در زمان‌های مختلف بسته شدن سوپاپ گاز برای سوخت گاز طبیعی                ۸۹

شکل ‏۴ ۱۵٫ مقایسه نمودار تغییرات فشار نسبت به درجه میل‌لنگ کار حاضر ]۳۹[                ۹۳

شکل ‏۴ ۱۶٫مقایسه نمودار تغییرات دما نسبت به درجه میل‌لنگ باکار]۳۹[              ۹۴

شکل ‏۴ ۱۷٫ نمودار اثر بخارآب بر فشار احتراق                ۹۶

شکل ‏۴ ۱۸٫ نمودار اثر دود برگشتی بر فشار احتراق       ۹۸

شکل ‏۴ ۱۹٫ تغییرات میزان فشار برحسب فشار ورودی سیلندر برای فشارهای اولیه مختلف               ۱۰۰

شکل ‏۴ ۲۰٫ تغییرات فشار برحسب دمای هوای ورودی سیلندر  ۱۰۲

شکل ‏۴ ۲۱٫  نتایج تاگوچی برای تأثیر دما        ۱۰۶

شکل ‏۴ ۲۲٫  نتایج تاگوچی برای تأثیر فشار    ۱۰۶

 

فهرست جداول

 

جدول ‏۳ ۱٫ تقسیم بندی مدل های واکنشی بر مبنای رژیم احتراق و سرعت واکنش               ۲۹

جدول ‏۴ ۱٫ مشخصات موتور استفاده‌شده       ۷۶

جدول ‏۴ ۲٫ مقادیر خلاصه در نسبت‌های تراکم مختلف برای سوخت بنزین              ۷۹

جدول ‏۴ ۳٫ مقادیر خلاصه در نسبت‌های تراکم مختلف برای گاز طبیعی   ۸۲

جدول ‏۴ ۴ مقادیر خلاصه در زوایای میل‌لنگ در زمان‌های جرقه مختلف برای سوخت بنزین با نسبت تراکم ۱۲۸۴

جدول ‏۴ ۵٫ مقادیر خلاصه نتایج در زمان‌های جرقه مختلف برای گاز طبیعی در نسبت تراکم ۱۲         ۸۵

جدول ‏۴ ۶٫ مقادیر خلاصه لنگ در زمان‌های مختلف بسته شدن سوپاپ گاز برای سوخت بنزین با نسبت تراکم ۱۲        ۸۸

جدول ‏۴ ۷٫ مقادیر خلاصه نتایج در زمان‌های مختلف بسته شدن سوپاپ گاز برای سوخت گاز طبیعی              ۹۰

جدول ‏۴ ۸٫ مقایسه مشخصات بهترین عملکرد موتور با دو سوخت متفاوت              ۹۰

جدول ‏۴ ۹٫ شرایط موتور موردبررسی ]۳۹[     ۹۲

جدول ‏۴ ۱۰٫  زمان شروع احتراق، مدت‌زمان احتراق و فشار متوسط اندیکاتوری کار حاضر   ۹۴

جدول ‏۴ ۱۱٫ مشخصات موتور موردبررسی در موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن ۹۵

جدول ‏۴ ۱۲٫  مقادیر خلاصه نتایج اثر اضافه کردن بخارآب بر احتراق        ۹۷

جدول ‏۴ ۱۳٫ مقادیر آلایندگی برای درصدهای بخارآب مختلف   ۹۷

جدول ‏۴ ۱۴٫  مقادیر خلاصه اثر اضافه کردن بخارآب بر احتراق   ۹۹

جدول ‏۴ ۱۵٫ مقادیر آلایندگی برای درصدهای دود برگشتی مختلف          ۹۹

جدول ‏۴ ۱۶٫ مقادیر خلاصه اثر اضافه کردن فشار پر کردن سیلندر بر احتراق          ۱۰۰

جدول ‏۴ ۱۷٫ مقادیر خلاصه مشخصات احتراق با بررسی میزان دمای هوای ورودی به سیلندر             ۱۰۲

جدول ‏۴ ۱۸٫ پارامترهای تأثیرگذار تاگوچی     ۱۰۳

جدول ‏۴ ۱۹٫ آزمایش‌های پیشنهادی تاگوچی ۱۰۴

 

برای مشاهده جزییات و مطالعه بیش از ۵۰ درصد فایل به صورت رایگاه به  کلیک کنید

 

  • softmec
  • هیچ
  • 129 بازدید
  • 23 آوریل 21
محصولات مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

0