مقايسه اگزرژيك عملكرد موتورهاي احتراق داخلي اشتعال جرقه اي براي سوختهاي بنزين، متان و هيدروژن

Exergic Comparison of SI Engines Performance for Gasoline, Methane and Hydrogen Fuels

تحليل اگزرژي ابزاري براي تعيين سهم فرآيندهاي دخيل در انتقال قابليت كاردهي ورودي به سيستم و مكاني كه در آن افت انرژي مفيد در يك سيستم يا فرآيند رخ مي‌دهد است. در اين تحقيق مقايسه اگزرژيك عملكرد موتور احتراق داخلي اشتعال جرقه‌اي براي سوخت هاي بنزين، هيدروژن و متان مدنظر است. براي اين منظور ابتدا مدلسازي چندناحيه‌اي موتور برمبناي پيشروي شعله معرفي شده است. سپس پايه‌هاي مفهومي لازم به منظور انجام تحليل اگزرژي سيستم، با تعريف عبارت اگزرژي و ايجاد معادلات تعادلي اگزرژي مربوطه و به كار بردن آن‌ها براي سيستم‌هاي بسته و حجم كنترل، بنا نهاده شده است. از نتايج اين تحقيق مشخص مي‌شود كه بيشترين سهم بازگشت ناپذيري در موتور مربوط به فرآيند احتراق است. همچنين، براي شرايط استوكيومتري مي توان به درصد اگزرژي منتقل شده با كار تقريباً برابر براي هر سه سوخت، بيشترين درصد بازگشت ناپذيري براي بنزين و كمترين درصد بازگشت ناپذيري مربوط به هيدروژن اشاره كرد. بررسي نتايج تحليل اگزرژي در شرايط كاري مختلف نشان مي دهد كه افزايش دور موتور سبب افزايش انتقال اگزرژي با كار و كاهش انتقال اگزرژي با گرما مي شود. همچنين، افزايش نسبت توازن سبب افزايش سهم اگزرژي مخلوط درون سيلندر و كاهش سهم بازگشت ناپذيري از اگزرژي ورودي مي شود.

Exergy analysis is a method for evaluating the contribution of each process on transmission of initial availability of the system and determining the positions of useful energy losses. In this research a comparison of the performance of a SI engine for gasoline, methane and hydrogen in the exergic point of view has been done respectively. Initially,-the performance of the engine by a multi-zones model based on flame propagation with uniform fluid properties in each zone is simulated. by defining exergy terms and using related exergy equilibrium equations for open and close systems a necessary conceptual basis for exergy analysis is made. The results show that the combustion process produces the most proportion of the system irreversibility. Furthermore, for stoichiometric condition the proportion of exergy transmission in the form of work is almost the samefor the mentioned fuels. In addition gasoline has the most proportion of irreversibilityin exergy transmission and hydrogen has the lowest one. Examination of exergy analysis results at different operating conditions reveals that the increase of engine speed will increase exergy transmission in the form of work and decrease it in the form of heat. By the way, an increase in equivalence ratio, will increase cylinder mixture exergy proportion and decrease irreversibility proportion.