مدل سازي عددي افشانه پاشش مستقيم تركيب بيواتانول و بنزين در محفظه ي احتراق

Numerical simulation of spray characteristics of bio-ethanol and its blend with gasoline in a direct injection combustion chamber

هدف از اين پژوهش بررسي رفتار پاشش بيواتانول در يك محفظه احتراق، به عنوان يك سوخت تجديدپذير و كاهنده ي آلاينده هايي مانند اكسيد هاي نيتروژن و مونوكسيدكربن، و تركيبات آن با بنزين مي باشد. بدين منظور خصوصيات ماكروسكوپيك و ميكروسكوپيك اسپري و نيز مقدار جرم بخارشده ي سوخت پس از پاشش در نازل به صورت عددي و به كمك نرم‌افزار فاير مدل سازي و مورد تحليل قرار گرفت. يافته هاي مدل سازي نشان مي دهد كه افزايش مقدار بيواتانول موجود در تركيب سبب افزايش جرم سوخت بخار شده، زاويه مخروطي اسپري، مساحت اسپري و قطر متوسط سوتر مي شود. اين در حالي است كه طول نفوذ اسپري تقريباً ثابت باقي مي ماند. همچنين افزايش فشار تزريق سوخت از يك سو سبب افزايش جرم بخار شده ي سوخت، طول نفوذ پاشش و مساحت آن و از سويي ديگر سبب كاهش زاويه ي مخروط پاشش و قطر متوسط سوتر در همه ي سوخت هاي مورد بررسي مي گردد. چنانچه ميزان انرژي ورودي و مدت زمان پاشش ثابت بماند، نتايج حاصله با حالتي كه شرايط محيطي ثابت در نظر گرفته شود، تفاوت قابل ملاحظه اي خواهد كرد. در اين حالت بيواتانول، نسبت به بنزين، داراي جرم سوخت تبخير شده ي بيشتر، طول نفوذ و مساحت پاشش بزرگتر و زاويه ي مخروط پاشش و قطر متوسط سوتر كوچكتري است. افزايش محسوس طول نفوذ اسپري و مساحت پاشش در اين حالت، احتمال آن كه پاشش سوخت به پيستون و يا ديواره هاي سيلندر برخورد كند و در نتيجه ي آن مقدار هيدروكربن هاي نسوخته افزايش و بازده‌ي موتور كاهش يابد، را افزايش مي دهد.

In this study, spray behavior of bio-ethanol as a regenerative fuel that reduces emissions such as NOX and CO is investigated in a combustion chamber and compared to its different blends with gasoline. For this purpose, microscopic and macroscopic spray characteristics and also evaporated fuel mass after the injection are modeled and investigated using Fire 2013. It is concluded by increasing bio-ethanol content in the fuel, evaporated fuel mass, spray cone angle, spray area and sauter mean diameter increases, however spray tip penetration remains roughly constant. Increase of injection pressure, decreases spray cone angle and suater mean diameter and increases evaporated fuel mass, spray area and spray tip penetration. If the energy content and time of injection of bio-ethanol and gasoline be equivalent the results vary significantly compared to previous cases. In this case bio-ethanol has a longer spray tip penetration and spray area, higher fuel mass evaporated and smaller spray cone angle and sauter mean diameter compared to gasoline. The increased spray tip penetration and spray area in this case may lead to piston impingement and bore wetting resulting increased hydrocarbon emissions and decreasing engine efficiency.