شبيه سازي موتور ديزل با استفاده از مدل چند منطقه اي و سينتيك شيميايي

Diesel engine simulation using a multi zone model and chemical kinetics mechanism

هدف مطالعه حاضر توسعه يك مدل چند منطقه اي براي شبيه سازي عملكرد موتورهاي ديزل پاشش مستقيم است. هندسه بندي مناطق الهام گرفته از شكل مخروطي اسپري بوده است. براي محاسبه زاويه مخروطي اسپري از رابطه سايبرز استفاده شده است. براي محاسبه طول منطقه مايع نيز از رابطه هيگينز استفاده شده است. براي محاسبه مقدار جرم ورودي به داخل محفظه احتراق از فشار تجربي پشت انژكتور استفاده شده است. مقدار جرم ورودي به هر منطقه از انژكتور از رابطه ارايه شده در مركز تحقيقات موتور سنديا به دست آمده است. در اين مدل از مكانيزم سينتيك شيميايي جهت شبيه سازي عملكرد موتور ديزل استفاده شده است. بنابراين براي محاسبه نرخ نفوذ ذرات سوخت و هوا در داخل يكديگر از قانون فيك بهره گرفته شده است. از زير مدل هاي كمكين جهت شبيه سازي شيمي احتراق استفاده شده است. از مكانيزم سينتيك شيميايي ارايه شده در دانشگاه چالمرز براي شبيه سازي شيمي احتراق سوخت ديزل استفاده شده است. اين مكانيزم داراي 76 گونه و 327 واكنش مي باشد. و در آن از 6 واكنش براي شبيه سازي توليد دوده و از 14 واكنش براي شبيه سازي توليد اكسيدهاي نيتروژن استفاده شده است. مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي با نتايج تجربي نشان مي دهد كه مدل داراي قابليت مطلوبي در پيش بيني آلاينده ها و عملكرد موتور مي باشد. بيشينه خطاي مدل در پيش بيني دوده %20 و در پيش بيني اكسيدهاي نيتروژن %15 برآورده شده است.

Main purpose of current study is development of a new multi zone model for direct injection diesel engines. Zone configuration is based on conical shape of spray. Siebers’s correlation is used for spray cone angle calculation. Experimental data are used for calculation of fuel inlet mass flow rate. Fuel diffusion in different zones is calculated using Fick’s law. A chemical kinetics mechanism consisting of 76 species and 327 reactions is used for simulation of combustion chemistry. The chemical kinetics mechanism contains 6 reactions for soot formation simulation and 14 reactions for NOx formation simulation. Results are in good agreement with experimental data in wide range of engine operating conditions. Maximum error of model in soot prediction is 20% and in NOx prediction is 15%.