آناليز حرارتي و بهينه سازي راندمان سيكل تركيبي اتو- استرلينگ به منظور بازيابي انرژي اتلافي خروجي از اگزوز موتور احتراق داخلي

Thermal analysis and efficiency optimization of Otto-Stirling combined cycles with SI engine exhaust heat recovery

در اين تحقيق استفاده از سيكل استرلينگ جهت بازيابي اتلاف حرارتي گازهاي خروجي موتور احتراق داخلي بررسي شده است. شبيه‌سازي تك بعدي احتراق براي پيش بيني بار حرارتي و دماي گازهاي خروجي از اگزوز موتور انجام شده است. نتايج تست تجربي موتور گازسوز M355G جهت صحه گذاري مدل شبيه سازي استفاده شده است. دماي گازهاي خروجي از اگزوز در محدوده 710-610 درجه سانتي‌گراد و بار حرارتي انتقال يافته به اگزوز 176.7-84.1 كيلووات اندازه گيري شده است. برنامه تهيه شده دماي گازهاي خروجي را با ميانگين 3.8 درصد و توان توليدي را با ميانگين 5.9 درصد خطا پيش بيني مي نمايد. آناليز حرارتي انرژي منتقل شده به سيستم خنك كاري، سيستم اگزوز و توان خروجي موتور انجام شده و نشانگر اين مطلب است كه تقريباً 25 درصد انرژي به سيستم اگزوز هدايت شده است. با نصب گرم كن موتور استرلينگ پيشنهادي در مسير گازهاي خروجي از اگزوز، بازيابي 8.4 كيلووات در بهترين حالت امكان پذير است. شبيه‌سازي موتور استرلينگ نوع آلفا جهت پيش بيني بازيابي انرژي توسط نرم‌افزار جي تي انجام شده و براي صحه‌گذاري شبيه سازي از نتايج تست موتور سولو استفاده شده است. با توجه به دقت 9 درصدي در پيش‌بيني توان توليدي موتور استرلينگ، موتور جديدي با فشار كاري پايين تر پيشنهاد شده است. با توجه به تغيير دماي گازهاي خروجي موتور احتراق داخلي كه ناشي از تغيير شرايط كاركردي نظير دور موتور است، ميزان توان توليد شده و راندمان براي موتور استرلينگ محاسبه شده است. آناليز حرارتي سيكل تركيبي نشانگر افزايش 2 تا 3 درصدي راندمان نسبت به راندمان موتور احتراق داخلي مي باشد.

A Stirling engine cycle is combined with a Spark Ignition (SI) engine cycle to recover the SI engine exhaust gas waste heat. One dimensional combustion simulation code is prepared for Spark Ignition type engine (M355G) simulation. The accuracy of numerical simulated results were validated with M355G experimentally. The experimental generated power and exhaust gas temperature vary in the range of 84.1- 176.7 kW and 610-710?, respectively. The 1D code estimates the generated power with maximum 5.9% error and average exhaust gas temperature with 3.8% error in the operating range of the engine. Thermal analysis was done, and the results show that about 25% of input energy transfers by the exhaust gas are waste. The results indicate that, by installing a Stirling engine heater on the exhaust pipe of the SI engine about 8.4 kW of the waste heat can be recovered in the best condition. The simulation of Alpha-type Stirling engine was done by GT-Suit program and the Solo V161 experimental results were used for the validation. According to 9% error in generated power calculation for validation, the new Stirling engine is suggested for installation in exhaust pipe. The generated power and thermal efficiency were estimated for Stirling engine in various exhaust gas temperature which occurred in various SI engine working conditions. The coupled engines heat balance showed that the thermal efficiency is about 2-3% more than the ordinary one.