بررسي عددي تاثير افزودن دي متيل اتر به متان بر عملكرد و آلايندگي موتور اشتعال تراكمي شارژ همگن

The effect of adding DME to methane on HCCI combustion performance and emissions

احتراق اشتعال تراكمي شارژ همگن، به دليل بازده حرارتي بالا و آلايندگي كم، به عنوان نسل جديد موتورهاي احتراق داخلي مورد توجه قرار گرفته است. كنترل اين نوع احتراق دشوار است، زيرا اين امر توسط سينتيك شيميايي مخلوط هوا و سوخت صورت مي گيرد. در اين مطالعه، يك مخلوط همگن از گاز طبيعي و هوا در يك موتور اشتعال تراكمي براي كاهش انتشار اكسيدهاي نيتروژن و بهبود بهره وري حرارتي استفاده و براي كنترل زمان اشتعال و احتراق، مقدار كمي دي متيل اتر با گاز طبيعي مخلوط شد. يك مدل ديناميك سيالات محاسباتي سه بعدي همراه با سينتيك شيميايي براي بررسي اثر دما، فشار، نسبت هم ارزي بر احتراق و آلايندگي موتور اشتعال تراكمي سوخت همگن استفاده شد. نتايج شبيه سازي نشان دادند با استفاده از اين مخلوط مي توان موتور را در يك محدوده بار گسترده راه اندازي كرد و با افزودن مقدار محدودي دي متيل اتر بازده حرارتي را افزايش داد. از نتايج مهم ديگر اين مطالعه مي توان به بهبود زمان شروع احتراق، افزايش بيشينه فشار و كاهش چشمگير انتشار اكسيدهاي نيتروژن در اثر افزودن دي متيل اتر اشاره كرد.

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is regarded as the next generation combustion trend in terms of high thermal efficiency and low emissions. It is difficult to control autoignition and combustion because they are controlled primarily by the chemical kinetics of air/fuel mixture. In this study، a homogeneous mixture of natural-gas and air was used in a compression ignition engine to reduce NOx emissions and improve thermal efficiency. In order to control ignition timing and combustion، a small amount of Dimethyl Ether (DME) was mixed with the natural-gas. In this paper، a multi-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model coupled with chemical kinetics mechanisms was applied to investigate the effects of various temperatures، pressures، equivalence ratios and fuel compositions on the combustion performance and emission characteristics of an HCCI engine. The mixture could run the engine quietly and smoothly over a wide range of loads. Under the present test conditions، finite amount of DME was necessary in order to achieve ignition of the mixture. In addition، thermal efficiency was higher than that of methane fueled engine، when the DME proportion was optimized. NOx emissions were extremely low، however، the emissions of total unburned hydrocarbon were high.