مطالعه عددي بر روي ويژگي‌هاي غيرواكنشي فواره تركيب‌هاي متفاوت امولسيون سوخت ديزل دريايي- آب

A Numerical Study on Non-Reacting Spray Characteristics of Different Marine Diesel Fuel-Water Emulsion Blends

استفاده از امولسيون سوخت ديزل- آب يكي از راهكارهاي اصلي كاهش آلايندگي در موتورهاي ديزل مي‌باشد. از اين‌رو در مقاله حاضر، مشخصه‌هاي غيرواكنشي فواره مايع تركيب‌هاي متفاوت امولسيون سوخت ديزل- آب در دو فشار تزريق 600 بار و 1000 بار به صورت عددي با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي، مورد مطالعه قرار گرفته است. سه درصد حجمي متفاوت 5%، 10% و 15% امولسيون آب با سوخت ديزل دريايي در در محفظه احتراق حجم ثابت با دماي 298 كلوين در موتور ديزل دريايي دور متوسط در نظر گرفته شده است. همچنين از نرم‌افزار متن‌باز OpenFOAM با در نظرگيري طرحواره‌ي چندحالتي اويلري- لاگرانژي براي شبيه‌سازي اندركنش حالت گسسته سوخت مايع با حالت پيوسته هوا استفاده شده است. شبيه‌سازي تجزيه ثانويه فواره مايع و آشفتگي به ترتيب با استفاده از الگوي Reitz-Diwakar و مدل استاندارد k-E در رويكرد RANS صورت گرفته است. مقايسه نتايج عددي با داده‌هاي تجربي نشان‌دهنده، تطابق مناسب شبيه‌سازي مشخصه‌هاي فواره در هر دو فشار تزريق مي‌باشد. برپايه نتايج محاسباتي، طول نفوذ فواره، زاويه مخروطي و SMD با استفاده از امولسيون سوخت ديزل دريايي- آب به جاي سوخت‌پايه، افزايش يافته است. اين افزايش مشخصه‌هاي فواره مايع با افزايش درصد حجمي آب افزايش يافته است. از سويي ديگر، افزايش فشار تزريق از 600 بار به 1000 بار منجر به ارتقاء مشخصه‌هاي غيرواكنشي فواره مايع شده است.

Use of diesel fuel-water emulsion is one of the basic strategies to reduce emission in diesel engines. So in the present paper, non-reacting characteristics of different diesel fuel-water emulsion blends by use of CFD at two injection pressure of 600bar and 1000bar is studied. Three different volumetric percentegae of 5%, 10% and 15% of water emulsion with marine diesel fuel in a constant volume chamber of medium speed marine diesel engine at temperature of 298K have been considered. Furthermore, OpenFOAM CFD toolbox with Eulerian-Lagrangian multiphase scheme for simulation of fuel discrete phase interaction with air continuous phase has been applied. Liquid spary secondary breakup and continuous phase turbulence have been simulated respectively by Reitz-Diwakar scheme and standard model of K-E in RANS. Also, with appropriate accordance, the numerical results of spray characteristics are validated by experimental data. Based on computational results, by use of marine diesel fuel-water emulsion instead of basic fuel, the spray penetration length, spray cone angle and SMD are incresead. Moreover, this increasion are improved by enhance of volumetric percentage of water in emulsion. However, promotion of non-reacting liquid spray characteristics with injection pressure enhauncement has been observed.