شبيه‌سازي عددي احتراق و انتخاب الگوي بهينه پاشش‌هاي چند مرحله‌اي سوخت بر روي عملكرد و آلايندگي در موتور ديزل سنگين ملي D-87

Numerical simulation of combustion and choosing the optimum model of multiple fuel injections on performance and emissions in D-87 diesel engine

امروزه موتورهاي ديزلي به دليل مصرف سوخت كمتر، دوام و نيز كاربري روزافزون مورد توجه سازندگان و محققان مي‌باشند. از مشكلات اوليه موتورهاي ديزلي توليد عمده آلاينده‌هاي اكسيدهاي نيتروژن و دوده و رفتار مصالحه اي بين آنها مي‌باشد. با وجود روش‌هاي مختلقي كه براي كاهش اين دو آلاينده ارائه شده است. تقابل رفتاري اين دو آلاينده نسبت به‌هم، مشكل اساسي در كاهش مقدار آن‌ها در گازهاي خروجي موتور مي‌باشد. لذا در كار حاضر پارامترهاي عملكردي و آلايندگي موتور ديزلي پاشش مستقيم D-87 با بكارگيري پاشش دومرحله‌اي سوخت و انتخاب الگوي بهينه پاشش به‌منظور كاهش همزمان آلاينده‌هاي دوده و اكسيدهاي نيتروژن بررسي شده است. شبيه‌سازي ‌هاي انجام‌شده به دو بخش تقسيم‌شده است. در بخش اول، تأثير نسبت‌هاي مختلف جرم سوخت در هر يك از مراحل پاشش و در بخش دوم، تأثير طول دوره مكث بين دو مرحله پاشش بر عملكرد و آلاينده‌هاي خروجي موتور مورد بررسي قرارگرفته است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد چنانچه قسمت اعظم سوخت در پالس دوم و با مكث زماني زياد بين دو مرحله، پاشيده شود، افت فشار داخل سيلندر افزايش يافته و در نتيجه توان ترمزي موتور افت كرده و نهايتا مصرف سوخت ويژه ترمزي افزايش خواهد يافت. بنابراين حالت بهينه آن است كه قسمت اعظم سوخت در مرحله اول تزريق شود. در فرايند پاشش دومرحله‌اي باوجود كاهش دماي بيشينه احتراق به دليل افزايش دوره پاشش سوخت، آلاينده دوده در محدوده امن قرار دارد. لذا مي‌توان مبناي انتخاب نقطه بهينه را علاوه بر رفتار مصالحه آلاينده‌هاي اكسيد نيتروژن و دوده، بر اساس رفتار مصالحه بين منحني‌هاي عملكردي و آلاينده اكسيدهاي نيتروژن نيز در نظر گرفت.

The aim of this paper is studying performance parameters and pollutant emissions on D-87 diesel engine and simulation of multiple injections process and choosing the optimum pattern of its for simultaneous reduction of soot and NOx. The simulations are divided into two parts. In first part the effect of different ratio of fuel mass in each of the injection pulse is studied and in the second part the effect of pause period length between injection pulses on engine performance and emissions will be studied. The results show that, if the majority of fuel injected in the second pulse with the large dwell time between them, increased in-cylinder pressure and thus the engine brake power losses and eventually brake specific fuel consumption increases. Therefore, it is optimal that the majority of fuel injected at the first pulse. In the multiple fuel injection process, despite decreasing maximum combustion temperature because of increasing the fuel injection period, the soot pollutant is in safe range; therefore the basis for selecting optimal point is based on trade off between NOx and soot pollutants diagram, in addition will be considered based on the behavior curves compromise between performance and NOx.