بررسي تاثير ويژگي هاي هندسي سنبه بر عملكرد يك موتور اشتعال تراكمي تنظيم واكنشي بر مبناي قانون دوم ترموديناميك

Investigation of the effect of piston geometrical parameters on RCCI engine performance based on second law of thermodynamic

موتورهاي اشتعال تراكمي كنترل واكنشي به دليل داشتن احتراق دما پايين، بازده حرارتي بالا با مقادير اندك آلايندهاي اكسيدهاي نيتروژن و دوده را دارا مي باشند. در اين دسته از موتورها ضمن اينكه سوخت با واكنش‌پذيري پايين در راهگاه ورودي به هوا اضافه مي‌شود، سوخت با واكنش‌پذيري بالا به داخل محفظه احتراق پاشيده مي‌شود. هدف از اين مطالعه بررسي تاثير پارامترهاي هندسي موتور بر نابودي اگزرژي در موتورهاي اشتعال تراكمي كنترل واكنشي مي‌باشد. در اين مطالعه، از دو سوخت گاز طبيعي و ديزل به عنوان سوخت با واكنش‌پذيري پايين و بالا استفاده شده و اثر دو پارامتر هندسي شامل عمق كاسه پيستون و ارتفاع شكاف ناحيه بالاي رينگ اول بر ترم‌هاي مختلف اگزرژي بررسي شده است. موتور با استفاده از يك مدل ديناميك سيالات محاسباتي شبيه‌سازي شده و داده‌هاي به دست آمده از روش عددي با داده‌هاي تجربي مقايسه شده و صحت مدل مورد ارزيابي قرار گرفته است. اگزرژي ترمومكانيكي، شيميايي، كار و انتقال يافته در اثر انتقال حرارت و مقدار بازگشت‌ناپذيري در هر گام زماني محاسبه شده‌اند. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهند كه عمق كاسه پيستون تاثير قابل ملاحظه اي بر اگزرژي انتقال حرارت دارد و ارتفاع شكاف ناحيه بالاي رينگ اول در مقايسه با عمق كاسه پيستون، تاثير بيشتري بر اگزرژي شيميايي دارد. همچنين عمق كاسه پيستون در مقايسه با ارتفاع شكاف ناحيه بالاي رينگ اول اثر بيشتري بر بازگشت‌ناپذيري دارد.

The reactivity controlled compression ignition engines have high thermal efficiency and low exhaust emission of nitrogen oxides and soot because of low temperature combustion. In this type of engines, low reactivity fuel is injected to air through intake port and high reactivity fuel is injected into the combustion chamber during compression stroke. The aim of current study is to investigate the effect of engine geometrical parameters on different terms of exergy in reactivity controlled compression ignition engines. In this study natural gas and diesel fuel are used as low and high reactivity fuels and effects of top land height and depth of piston bowl on different exergy terms are investigated. Engine is simulated utilizing a CFD model and the numerical data are compared to experimental data and the validity of model is evaluated. Thermomechanical exergy, chemical exergy, work, irreversibility and exergy loss due to heat transfer are calculated at each time step. The results show that the depth of piston bowel has more significant effect on heat transfer exergy in comparison to the top land height. Also, comparison to depth of piston bowel, the top land height affects chemical exergy terms significantly. Comparison to the top land height, depth of piston bowl affects total irreversibility more significantly.