شبيه‌سازي سه بعدي چرخه بسته موتور گازسوز اشتعال جرقه‌اي و بررسي اثر هندسه محفظه احتراق بر توان و آلايندگي

3D simulation of close cycle of spark ignition gas engine and investigation on effects of combustion chamber geometry on power and emissions

موتورهاي احتراق داخلي مدتهاست كه به عنوان موتورهاي ثابت در كارخانجات و نيروگاه‌ها استفاده مي‌شوند. در سال‌هاي اخير تقاضا براي حفاظت محيط زيست و بكار‌گيري سوخت‌هاي جايگزين، بازار توليد را به سمت سامانه‌هاي توليد قدرت با استفاده از موتور‌هاي گاز‌سوز بزرگ تحريك كرده است. در اين تحقيق، به بررسي اثر عمق كاسه سمبه بر روي عملكرد و ميزان آلايندگي موتورهاي گاز سوز مي‌پردازيم. براي اين منظور از ديناميك سيالات محاسباتي سه بعدي براي شبيه‌سازي چرخه موتور استفاده مي‌گردد. با اعمال معادلات احتراق، آشفتگي و آلايندگي، چرخه بسته موتور يعني از زمان بسته شدن دريچه ورودي هوا تا زمان باز شدن دريچه خروجي دود شبيه‌سازي مي‌شود. ابتدا نتايج، با داده‌هاي تجربي صحه‌گذاري مي شود. سپس با شبيه‌سازي سه شكل سمبه متفاوت، فشار و دماي حاصل شده در داخل استوانه و مقدار آلايندگي آن‌ها با هم مقايسه مي‌گردد. نتايج نشان مي‌دهد كه سمبه اي كه بهترين اختلاط و مناسب‌ترين آشفتگي را در داخل محفظه احتراق ايجاد كند داراي عملكرد بهتر است و ميزان آلايندگي كمتري نيز است.

Internal combustion engines have been used as stationary engines in factories and power plants for a long time. In recent years, the demand for the environmental protection and the use of alternative fuels has excited the product market to power generation systems using heavy duty gas engines. This research activity investigates the effect of the piston bowl depth on the performance and emissions of gas engines. Towards this purpose, the 3D computational fluid dynamic model was used to simulate the cycle engine. By implementing equations (of the combustion, the turbulence and the pollution), the close cycle of the engine was simulated and results were presented in graphs and contours. Firstly, results were validated with experimental data and by simulating of three different pistons, their pressures and temperatures, inside the cylinder and their amounts of emissions were compared. Obtained results showed that the combustion chamber, which was created best mixing and the optimum turbulence, had the best performance and released lower emissions.