بررسي عددي مشخصه‌هاي غيرواكنشي فواره سوخت سنگين و سوخت‌ جايگزين تحت فشار تزريق زياد

Numerical investigation of non-reacting spray characteristics of heavy fuel and alternative fuel under high injection pressure

افزايش فشار تزريق و استفاده از سوخت‌هاي تركيبي دو راهكار اصلي با هدف كاهش آلايندگي موتورهاي ديزل است. از اينرو در مطالعه حاضر، با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي، تاثير فشارهاي تزريق زياد بر رفتار غيرواكنشي فواره مايع سوخت‌سنگين و سوخت تركيبي سوخت‌سنگين- نرمال‌بوتانول به عنوان سوخت جايگزين مطالعه گرديده است. سه فشار تزريق متفاوت 1000، 2000 و 3000 بار در محفظه احتراق حجم ثابت با دماي 298 كلوين در موتور ديزل دور متوسط در نظر گرفته شده است. همچنين، براي محاسبه اندركنش حالت گسسته سوخت مايع با حالت پيوسته هوا از طرحواره چندحالتي اويلري- لاگرانژي و براي شبيه‌سازي تجزيه ثانويه از الگوي ريتز- ديواكار استفاده شده است. علاوه بر اين، نتايج عددي مشخصه‌هاي فواره با داده‌هاي تجربي صحه‌گذاري شد و از تطابق مناسبي برخوردار است. مشخصه‌هاي انتخاب شده براي ارزيابي رفتار فواره مايع شامل، طول نفوذ فواره و زاويه مخروطي به عنوان مشخصه‌هاي كلان و قطر ميانگين ذرات به عنوان مشخصه خرد است. بر پايه نتايج محاسباتي استخراج شده، افزايش طول نفوذ فواره، افزايش زاويه مخروطي فواره و كاهش قطر ميانگين ذرات، با افزايش فشار تزريق ديده مي‌شود. با اين حال، افزايش فشار از 1000 به 2000 بار تاثيرات چشمگيري در ارتقا مشخصه‌هاي فواره در مقايسه با افزايش 2000 بار به 3000 بار دارد.

Increasing the injection pressure and using blend fuels are two strategies for reducing the emission of diesel engines. Accordingly, in the present study, by using the CFD analysis, the influence of high injection pressures on the non-reacting behavior of the liquid HFO and HFO\n-butanol blend spray as an alternative fuel is studied. Three different injection pressures of 1000, 2000 and 3000 (bar) in a constant volume chamber of the medium speed diesel engine at the temperature of 298 K have been considered. Furthermore, an Eulerian-Lagrangian multiphase scheme has been used for simulating the interaction of the discrete liquid phase of the fuel with continuous air phase, while the Reitz-Diwakar scheme has been utilized for modeling the secondary breakup. Furthermore, numerical results of spray characteristics are validated with experimental data and a favorable agreement has been achieved. Based on obtained results, increasing the injection pressure would cause an increase in the spray penetration length and the spray cone angle and a decrease in the Sauter mean diameter (SMD). However, increasing the injection pressure from 1000 to 2000 (bar) has more significant effect on improving spray characteristics than an increase from 2000 to 3000 (bar).