بررسي تجربي و شبيه‌ سازي احتراق موتور گازسوز با شمع پيش محفظه با مخلوط رقيق

Experimental investigation and simulation of lean burn combustion in a SI natural gas engine using pre-chambered spark plug

استفاده از گاز طبيعي در موتورهاي احتراق داخلي به عنوان سوخت­ پاك داراي ظرفيت بالقوه اي براي كاهش آلاينده ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر است. استفاده از فناوري هاي جديد در تهيه مخلوط و مديريت بهينه احتراق باعث شده است كه آلايندههاي موتورهاي گاز طبيعي كاهش و بازدهي آنها افزايش يابد. با مطالعه كارهاي تحقيقاتي موتورهاي گاز طبيعي مي­توان دريافت كه استفاده از راهبردهاي احتراق با مخلوط رقيق، نقش بيشتري دركاهش آلاينده ­ها و بهبود بازدهي دارد. در اين مطالعه براي احتراق مخلوط رقيق از سيستم جرقه­ با شمع محفظه­ دار استفاده شده و عملكرد آن با شمع معمولي مقايسه شده است. بررسي تجربي استفاده از شمع محفظه­ دار نشان داد كه در بسياري از نقاط كاركردي موتور، محدوده پايدار احتراق افزايش و ميزان آلايندهها كاهش پيداكرده است. شمع محفظه­ دار با توربولانس بيشتري مخلوط را مشتعل ميكند و داراي انرژي بيشتري براي حفظ پايداري احتراق ميباشد. در بررسي تجربي، آزمايش­ هاي كاركردي در نسبت هوا به سوخت­ استوكيومتريك و رقيق و بارهاي مختلف انجام شده است. براي بررسي تحليلي از مدل دو ناحيه ­اي شبه ابعادي نرم­ افزار جي تي پاور و شبيه سازي سه بعدي از نرم افزار فاير استفاده گرديده است. در صحه گذاري مدل سازي تحليلي و شبيه سازي سه بعدي از نتايج فشار احتراق تجربي استفاده شده­ است.

Utilization of natural gas as a clean fuel in internal combustion engines has potential to reduce pollutants compared to other fuels. New mixture preparation technologies and optimal combustion management has led to a reduction in the pollutants of natural gas engines and efficiency increase. Study of the research works on natural gas engines shows that use of lean combustion strategies has important role in reducing pollutants and improving efficiency. In this study, lean combustion of natural gas with pre-chambered spark plug is reviewed. Experimental study showed that in many engine operating conditions, the combustion stability range was increased and emissions were reduced. Pre-chambered plug ignites the mixture with more speed and turbulence and has more energy to maintain combustion stability. In the experimental study, performance tests were performed on stoichiometric and lean mixture at different loads. For numerical simulation quasi-dimensional model of GT-POWER software and 3D simulation of Fire software are used. For validation of analytical and simulation modeling, results of empirical combustion pressure are used.