بررسي تحليلي و تجربي عملكرد موتور گاز طبيعي با مخلوط رقيق

Analytical and experimental investigation of lean burn combustion in a SI natural gas engine

گاز طبيعي به عنوان يكي از سوخت هاي پاك و جايگزين مطرح مي باشد كه با توجه به رشد فن آوري تغذيه سوخت گاز طبيعي و كنترل احتراق، انجام كارهاي تحقيقاتي در مورد كاهش آلايندههاي موتورهاي گاز طبيعي سوز و افزايش بازدهي آنها ظرفيت بالقوه اي دارد. با مطالعه اكثر كارهاي تحقيقاتي در مورد موتورهاي گاز طبيعي سوز ميتوان دريافت كه استفاده از راهبردهاي احتراق با مخلوط رقيق، ضمن كاهش آلاينده ها به بهبود بازدهي نيز كمك ميكند. در اين مطالعه براي احتراق مخلوط رقيق از سيستم جرقه زني با شمع محفظه دار استفاده شده و عملكرد آن با شمع معمولي مقايسه شده است. بررسي تجربي استفاده از شمع محفظه دار نشان داد كه در بسياري از نقاط كاركردي موتور، محدوده پايدار احتراق مخلوط افزايش و ميزان آلاينده ها كاهش پيداكرده است. شمع محفظه دار با سرعت و توربولانس بيشتري مخلوط را مشتعل مي كند و داراي انرژي بيشتري براي حفظ پايداري احتراق مي باشد. در بررسي تجربي، آزمايش هاي كاركردي موتور در سه نسبت تراكم با نسبت هوا به سوخت هاي مختلف انجام شده است. براي بررسي تحليلي و دستيابي به مدلي كه بتواند عملكرد موتور در حالت شمع محفظه دار را پيشگويي كند از مدل دو ناحيه اي شبه ابعادي نرم افزار جي تي پاور استفاده گرديده است. مدل سازي تحليلي در حالت هاي شمع معمولي و شمع محفظه دار با استفاده از ضرايب اصلاح يافته در معادلات آزادسازي انرژي، تاخير در اشتعال و انتقال حرارت انجام شده و از نتايج فشار احتراق تجربي براي صحه گذاري نتايج تحليلي استفاده شده است.

Natural gas is a clean fuel and is considered to be an alternative fuel. Considering latest enhancements of fuel and air mixture preparation and combustion control technology, researches about reducing the pollutants of natural gas engines and increasing their productivity has great potential. Study of the research works on natural gas engines shows that use of lean combustion strategies reduce pollutants and also improve efficiency. In this study, combustion of a dilute mixture with a pre-chambered spark plug is investigated and its performance is compared with ordinary spark plug combustion. Experimental study of pre-chambered spark plug combustion showed that at most of engine operating conditions, stable combustion enhances and pollutants are reduced. Pre-chambered plug ignites the mixture with more speed and turbulence and has more energy to maintain combustion stability. In the experimental study, the engine performance tests were performed in three compression ratios and different air to fuel ratios. To analyze the results and model the combustion Gt-power software is used. Analytical model uses modified coefficients in energy equations, flame propagation and heat transfer equations. Results of in cylinder pressure are used for validation of model.