بخشی از مقاله
چکیده
آنالیز قانون اول که توسط مدلهای ترمودینامیکی یا سیالاتی انجام میگیرند، روش مناسبی برای بررسی عملکرد موتور و میزان حساسیت پارامترهای مختلف عملکرد آن میباشد.هدف از این مقاله تحلیل ترمودینامیکی دو منطقه ای موتور پاشش مستقیم بنزینی و مقایسه فشار، مصرف سوخت و کار تولید شده درمرحله تراکم و انبساط این موتورها با موتورهای پاشش در راهگاه ورودی میباشد. در این پژوهش به این نتیجه میرسیم که به نسبت کاهش مصرف سوختی که موتورهای پاشش مستقیم دارند تولید کار قابل ملاحظه ای در مقابل با موتورهای پاشش در راهگاه ورودی دارا هستند.
مقدمه
سیکلی که در آن گرما در حجم ثابت آزاد می شود سیکل اتو نامیده میشود. در این تحلیل فرض میشود احتراق سریع رخ داده که پیستون در حین احتراق حرکتی نکرده است، در این حالت احتراق با یک جرقه شروع میشود به همین دلیل موتوری که بر مبنای سیکل اتو کار میکند موتور اشتعال جرقه ای نام گرفته است. از سیکل اتو برای تحلیل موتورهای احتراق داخلی که احتراق بسیار سریع رخ میدهد استفاده میشود. سیکل موتورهای بنزینی پاشش در راهگاه ورودی به سیکل اتو شبیه میباشد. سیکلی که گرما در فشار ثابت آزاد میشود سیکل دیزل نامیده میشود، در این سیکل با کنترل احتراق ابتدای مرحله انبساط به شکل فشار ثابت صورت میگیرد. موتورهای مبتنی بر سیکل دیزل موتورهای اشتعال تراکمی نامیده میشد. از سیکل دیزل برای تحلیل موتورهای احتراق داخلی که احتراق در فشار ثابت رخ میدهد استفاده میشود.از لحاظ تئوری سیکی که گرما در حجم ثابت ازاد میکند از راندمان بالاتری برخوردار است ولی در عمل سیکل های دیزل راندمان بالاتری دارند زیرا موتورهای دیزل از نسبت تراکم بالاتری نسبت به موتورها بنزینی برخوردار هستند .دلیل پایین بودن نسبت تراکم موتورهای بنزینی این است که در صورت افزایش نسبت تراکم از حد مشخصی بنزین دچار خوداشتعالی میشود و خود اشتعالی در سیکل مشکل ایجاد میکند.موتورهای پاشش مستقیم بنزینی یک راه حل برای استفاده از موتورهای بنزینی با نسبت تراکم بالاتر از موتورهای بنزینی پاشش در راهگاه ورودی میباشد. این مقاله به تحلیل ترمودینامیکی موتور پاشش مستقیم بنزینی و مقایسه فشار، مصرف سوخت و کار تولید شده درمرحله تراکم و انبساط این موتورها با موتورهای پاشش در راهگاه ورودی میباشد.
مطالعات فراوانی با استفاده از روشهای تجربی، عددی و تئوری پیرامون موتورهای احتراق داخلی انجام شده است. ابراهیمی - EBRAHIMI,2010 - اثرات تغییر فشار و cut-off را روی سیکل دوگانه مورد بررسی قرار داد او با استفاده از مدل ترمودینامیکی به این نتایج دست یافت که با افزایش نسبت تراکم تا مقدار مشخصی بازده و قدرت خروجی افزایش یافته و پس از آن با افزایش نسبت تراکم کاهش پیدا میکنند. لین و همکاران - - Lin,1999 تاثیر انتقال حرارت از دیواره سیلندر را روی کار خروجی در سیکل دوگانه مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان می دهد مقدار بهینه نسبت تراکم بر طبق ماکزیمم کار خروجی، با افزایش نسبت فشار کاهش مییابد. رشیدی و همکاران - - Rashidi,2014 آنالیز قانون اول و دوم ترمودینامیک را روی یک سیکل دوگانه استاندارد با در نظر گرفتن اتلاف حرارت مورد بررسی قرار دادند.آنها با استفاده از روش زمان محدود ترمودینامیکی نمودار بازده قانون اول، قانون دوم و قدرت خروجی با نسبت تراکم را نشان دادند. مطصفی آتماکا1 و همکاران - - Atamaka,2011در سال 2011 تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی زمان محدود برای یک سیکل دیزل مدرن انجام دادند. قدرت حداکثر، انرژی حداکثر و توان را به دست آوردند و اثر پارامترها طراحی مانند نسبت حجم و نسبت درجه حرارت در شرایط حداکثر قدرت و حداکثر تراکم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجزیه و تحلیل نشان میدهد که پارامتر های طراحی در شرایط حداکثر قدرت و حداکثر بازده قدرت مزیت قابل توجهی در مقایسه با حداکثر شاخص تراکم قدرت دارند. باهوش و سده - باهوش، - 2013 در سال 2013، بهبود متغییرهای عملکردی موتور دیزل پاشش مستقیم با استفاده از آنالیز اکسرژی را انجام دادند و تاثیر سوخت بیو دیزل تشکیل شده از روغن آفتاب گردان را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل از بررسی اکسرژی نشان میدهد که استفاده از بیو دیزل مورد مطالعه باعث کاهش اکسرژی به میزان 7درصد میشود.
از طرفی نسبت هم ارزی بهینه، شرایط را برای احتراق کاملتر فراهم نموده و افت راندمان ناشی از جایگزینی سوخت بیو دیزل را به کمتر از 2درصد میرساند. جزایری وهمکارانش - Jazayeri,2008 - در پژوهشی روشی برای الگو سازی مخلوط سوخت وهوا با ترکیب کردن مولفه های شکل گیری مخلوط نظیر فشار سوخت ، زمانشروع پاشش ، سرعت پاشش و محل قرار گیری افشانه ارائه کردند برای انجام این کار تشکیل مخلوط سوخت وهوا با استفاده ازنرم افزار فلوئنت از لحظه شروع پاشش سوخت تا نقطه مرگ بالا در مرحله تراکم شبیه سازی شده است .آنها در شبیه سازی از افشانه سوخت چرخشی استفاده کردند و شمع وافشانه در مرکز سرسیلندر قرار داده شده است .نتایج نشان داده است که هرچه فشار پاشش سوخت بلیشتر باشد غلظت مخلوط در اطراف شمع وهمچنین قدرت نفوظ افشانه بیشتر می شود هر چه سوخت در بار چینه ای بیشتر باشد ، غلظت مخلوط در اطراف شمع ودر راستای محور سیلندر بیشتر می شود .این مسئله کمک شایانی به پایداری احتراق می نماید همچنین هر چه سطح کاسه روی پیستون بیشتر باشد سوخت بیشتر روی دیواره پیستون پخش می شود در صورت که هرچه کاسه کمتر باشد تمرکز غلظت مخلوط بعه سمت شمع هدایت می شود. در پژوهشی ذیگر نحوه شکل گیری مخلوط سوخت وهوا برای سوخت پاشش شده توسط افشنک دارای دو افشانه در یک موتور gdiبررسی شده است برای این منظور کیانیشیدا و همکاران - - Nishida,2012 ویژگی های جرم سوخت مایع وبخار نفوظ افشانه سوخت وزاویه پاشش سوخت توسط شبیه سازی سه بعدی و تصویر برداری لیزری مورد بررسی وصحه گذاری قرار داده اند آنها سپس دده های ورودی شبیه ساز ی راتغییر داده اند نتایج حاصل نشان داده است که کاهش زاویه افشانه ها با محور سیلندر باعث افزایش قطرات با یکدیگر وتبخیر آنهاد وبه این ترتیب افزایش جرم سوخت بخار شده می شود همچنین زمانی که زاویه افشانه ها با محور سیلندر 10 درجه باشد ، بیشترین وزمانی که 15 درجه باشد کمترین مفدار نفوظ افشانه مشاهده می شود آنها در یافتند که افزایش فشار پاشش سوخت از 100 بار به 150 بار مقدار تبخیر سوخت وطول نفوذ افشانه را به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می دهد اما افزایش فشار از 150 بار به 200 بار تاثیر چندانی در مقدار تبخیپر سوخت و طول نفوذ افشانه ندارد.
در زمینه پژوهشهای تجربی، پارلاک و همکاران - - Parlak,2005 به بهینه سازی عملکرد یک سیکل بازگشتناپذیر دوگانه پرداخت، آنها عملکرد سیکل دوگانه و سیکل دیزل را تحت ماکزیمم کار خروجی با هم مقایسه کردند. ژائو و چن - - Chen,2006 بازگشت ناپذیری داخلی را با استفاده از بازده انبساطی و تراکمی تعیین کردند و عملکرد یک سیکل دوگانه را مورد بررسی قرار داند. بلانک و وو اثرات احتراق را روی کار یا قدرت بهینه در یک سیکل دوگانه مورد بررسی قرار دادند. آنها ماکزیمم کار یا قدرت خروجی را نسبت به بازده به دست آوردند. رابطه کار و بازده پارامتر بسیار مهمی برای یک موتور گرمایی می باشد. . هدف این مقاله تحلیل ترمودینامیکی دو منطقهای موتور پاشش مستقیم بنزینی و مقایسه فشار، مصرف سوخت و کار تولید شده درمرحله تراکم و انبساط این موتورها با موتورهای پاشش در راهگاه ورودی میباشد.
فرضیات ترمودینامیکی مدل:
الف - همگنی جزئی فشار
ب - همگنی جزئی دما - برای کل سیلندر یا هر منطقه بررسی شده -
