شبيه‌سازي موتور تزريق مستقيم با استفاده از محيط متخلخل

Numerical simulation of direct injection engine with using porous media

محيطهاي متخلخل در مشعلها به‌منظور پايداري احتراق با مخلوطهاي رقيق, افزايش توان خروجي, گسترش محدوده اشتعال پذيري و كاهش آلاينده‌هاي حاصل از احتراق, كاربرد زيادي دارند. مشخصه موتورهاي احتراق داخلي آينده ميزان آلايندگي بسيار كم به همراه كمترين مقدار مصرف سوخت تحت تمام شرايط كاركرد موتور مي‌باشد و اين متغيرها وابسته به تشكيل فرآيند مخلوط و احتراق است, اين هدف با همگن كردن فرآيند احتراق امكان‌پذير است كه پايش آنها در موتورهاي احتراق داخلي بسيار مشكل است. در اين مقاله شبيه‌سازي موتور تزريق مستقيم انجام گرفته كه در بستار آن فضايي مكعب مستطيلي براي محيط متخلخل ايجاد شده, كه محيط متخلخل تنها وظيفه بازياب را دارد و از لحاظ شيميايي بي اثر است. مطالعه سه‌بعدي جريان و احتراق داخل استوانه و محيط متخلخل همزمان با يكديگر با استفاده از برنامه تصحيح شده كيوا انجام شده است. به‌دليل نبود نتايج آزمايشگاهي منتشر شده براي موتورهاي محيط متخلخل, براي اعتبار نتايج پخش موج احتراقي با نتايج آزمايشگاهي مخلوط هوا و متان رقيق در بستر متخلخل, مقايسه شده است. سوخت متان داخل موتور محيط متخلخل پاشيده مي‌شود و مخلوط رقيقي به همراه احتراق حجمي اتفاق مي‌افتد. تشكيل مخلوط, تغييرات فشار و دما در هر دو حالت جامد و سيال محيط متخلخل و سيال داخل استوانه به همراه توليد آلاينده‌هاي مونوكسيد كربن و مونوكسيد نيتروژن بررسي شده است. همچنين اثر زمان پاشش روي توزيع فشار و دماي محيط متخلخل و سيال داخل استوانه در يك چرخه بسته بررسي شده است.

Porous media (PM) has interesting advantages compared with free flame combustion due to the higher burning rates, the increased power range, the extension of the lean flammability limits, and the low emissions of pollutants. Future internal combustion engines should have had minimum emissions level under possible lowest fuel consumption permitted in a wide range of speed, loads. These parameters strongly depend on mixture formation and combustion process which are difficult to be controlled in a conventional engine. This may be achieved by realization of homogeneous combustion process in engine. This paper deals with the simulation of direct injection internal combustion engine equipped with a chemically inert PM, with cubical geometry to homogenize and stabilize the combustion of engine. A 3D numerical model for PM engine is presented in this study based on a modified version of the KIVA-3V code. Due to lack of any published data about PM engine, numerical combustion wave propagation in a porous medium are compared with experimental data of methane-air mixture under filtration in packed bed and very good agreement is seen. Methane as a fuel is injected directly inside hot PM that is assumed, mounted in cylinder head. Lean mixture is formed and volumetric combustion occurs in PM. Mixture formation, pressure and temperature distribution in both phases of PM and in-cylinder fluid with the production of pollutants CO and NO and also effect of injection time, in the closed part of the cycle are studied.