تحليل يك موتور اشتعال تراكمي مخلوط همگن هيدروژن سوز از ديدگاه قانون اول و دوم ترموديناميك

Analysis of a Hydrogen Fueled Homogeneous Charge Compression Ignition Engine Based on First and Second Law of Thermodynamics

هيدروژن به عنوان يك سوخت پاك از ديرباز مورد توجه محققين صنعت موتورهاي احتراقي بوده اما در سالهاي اخير با توجه به افزايش قيمت سوخت هاي فسيلي، كاهش منابع آنها و همچنين سخت گيرانه تر شدن قوانين زيست محيطي توجه بسياري از محققين را به خود جلب كرده است. علاوه بر چالش هاي توليد و ذخيره سازي هيدروژن به عنوان سوخت، ارزيابي عملكرد موتور نيز امري ضروريست. تحليل همزمان انرژي و اگزرژي درك بهتري از عملكرد موتور را فراهم نموده و به محققين امكان ارايه روش هاي بهتر براي توسعه موتور را ميدهد. در اين پژوهش با استفاده از يك مدل ترموديناميكي تك منطقه اي به تحليل انرژي و اگزرژي يك موتوراشتعال تراكمي مخلوط همگن هيدروژن سوز پرداخته شده و تاثير شرايط عملكردي موتور بر كارايي آن ارزيابي شده است. پارامترهاي عملكردي مورد مطالعه شامل دور موتور، دما و فشار ورودي، نسبت هم ارزي و مقدار گازهاي برگشتي بوده و در نهايت آناليز حساسيت مولفه هاي انرژي و اگزرژي ناشي از پارامترهاي ورودي موتور انجام شده است. نتايج حاصل از آناليز حساسيت، بيانگر حساسيت ناچيز برگشت ناپذيري به دور موتور بوده در حالي كه فشار ورودي بيشترين اثر را بر بازگشت ناپذيري داشته است. همچنين افزايش گازهاي برگشتي سبب كاهش اگزرژي شيميايي و افزايش اگزرژي ترمومكانيكي گازهاي مخلوط ورودي مي شود. همچنين با افزايش دماي مخلوط ورودي توان توليدي موتور و اگزرژي شيميايي مخلوط ورودي كاهش مي يابد.

Hydrogen as a clean fuel has been a point of interest for long time but in recent years due to fossil fuel increasing prices and stringent environmental laws, more considerations have been made. In addition to the challenges of producing and storing hydrogen as a fuel for internal combustion engines, the engine performance should be independently evaluated. Simultaneous investigation of energy and exergy brings better analysis of internal combustion engines performance and helps researchers to propose more efficient ways for engines development. In this work, energy and exergy analysis of a hydrogen fueled homogeneous charge compression ignition engine using a single-zone thermodynamic model has been done to investigate the effects of engine inlet parameters on its performance. Considered inlet parameters are engine speed, inlet pressure and temperature, equivalence ratio and EGR. Finally, sensitivity analysis on energy and exergy terms is done. Results show IVC pressure has the greatest impact on irreversibility and exergy terms while engine speed is the least effective parameter on irreversibility production. Chemical exergy of charge is reduced while thermo-mechanical one is increased by EGR rate growth. Furthermore, IVC temperature increase reduces charge chemical exergy and engine power.