شبيه سازي عددي اثر شرايط پاشش سوخت بر مشخصات اسپري هاي ديزل و بنزين در يك موتور اشتعال تراكمي تزريق مستقيم

Numerical Simulation of the Effect of Fuel Injection Condition on the Diesel and Gasoline Spray Characteristics in a Direct Injection Compression Ignition Engine

در اين مقاله شبيه سازي عددي تزريق سوخت هاي ديزل و بنزين درون يك محفظه حجم ثابت تحت شرايط كاري يك موتور اشتعال تراكمي با نرم افزار اپن فوم انجام شده است. به منظور بررسي امكان استفاده از بنزين به جاي ديزل براي افزايش بازده حجمي موتور اشتعال تراكمي و كاهش آلودگي هوا، مشخصات اسپري هاي ديزل و بنزين تحت فشارهاي پاشش 40 و 80مگاپاسكال و همچنين دماهاي 243، 273 و 313كلوين بررسي شده است. نتايج شبيه سازي با داده هاي تجربي حاصل از روش هاي عكس برداري سريع، مقايسه شده اند. نتايج نشان مي دهند كه تحت شرايط يكسان، عمق نفوذ بخار هر دو سوخت تقريبا مشابه است. همچنين به دليل فراريت كمتر سوخت ديزل نفوذ مايع آن در فشارهاي 40 و 80مگاپاسكال به ترتيب به ميزان 7 و 9ميلي متر بيشتر از بنزين مشاهده شده است و همين ويژگي فراريت بيشتر بنزين براي اطمينان از زمان كافي براي تشكيل مخلوط يكنواخت سوخت و هوا در موتورهاي اشتعال تراكمي استفاده مي شود. علاوه بر اين كاهش دماي سوخت از 313 به 243كلوين موجب افزايش نفوذ مايع بنزين و ديزل به ترتيب به ميزان 12 و 10ميلي متر و كاهش نرخ تبخير شده است كه موجب تشكيل مخلوطي غيريكنواخت مي شود و در نتيجه باعث افزايش هيدروكربن هاي سوخته نشده و آلايندگي مي شود.

In this paper, the numerical simulation of the diesel and gasoline fuels injection in a constant volume chamber is conducted under the operating conditions of a compression ignition engine with openFoam software. In order to check out the possibility of using gasoline instead of diesel to increase the volumetric efficiency of the compression ignition engine and reduction air pollution, the spray characteristics of the gasoline and diesel under injection pressures of 40 and 80MPa, as well as temperatures of 243, 273 and 313K, is investigated. The simulation results are compared with the experimental data derived from fast imaging techniques. The results show that under the same conditions, the vapor penetration length for the two fuels is approximately equal. Also, due to the lower volatility of the diesel fuel, its liquid penetration length in 40 and 80MPa injection pressure was found to be 7 and 9 mm higher than gasoline, respectively, and high volatility of gasoline leads to enough time to make air and fuel mixtures in compression ignition engine. In addition, the reduction in fuel temperature from 313K to 243K resulted an increase in the penetration of gasoline and diesel liquids by 12 and 10 mm, respectively, and decrease in the evaporation rate, which causes a non-homogeneous mixture and an increase in unburned hydrocarbons and emissions.