مقايسه عددي تاثير شرايط فيزيكي بر رفتار فواره سوخت هاي دي‏متيل‏اتر، سوخت زيستي و ديزل

Numerical comparison of physical conditions effect on spray behavior of dimethyl ether, biodiesel and diesel fuels

در اين مقاله، سوخت هاي دي‏متيل‏اتر و سوخت زيستي به عنوان دو سوخت جايگزين ديزل، در شرايط مختلف فيزيكي اعم از فشار تزريق و فشار محفظه احتراق، مطالعه شده و رفتار فواره حاصل از آنها با هم مقايسه شده اند. براي اين منظور، نرم‏افزار AVL-FIRE-2013 بر مبناي روش حجم محدود، براي شبيه سازي به كار گرفته شده است كه در آن، فشار تزريق 50 و 100 (MPa) و فشار محفظه احتراق 1 و 2 (MPa) است. در نتيجه اين مطالعه، افزايش فشار محفظه احتراق در هر سه نوع سوخت، باعث كاهش طول نفوذ افشانه و افزايش فشار تزريق باعث كاهش قطر ميانگين قطرات فواره مي‏شود. در شرايط فيزيكي يكسان براي هر سه سوخت، دي‏متيل‏اتر كمترين و سوخت ديزل بيشترين مقدار طول نفوذ فواره را دارد. قطر ميانگين قطرات براي سوخت ديزل كوچكتر از سوخت زيستي است و دي‏متيل‏اتر، كمترين مقدار قطر ميانگين قطرات را دارد كه نشان‏دهنده اتميزاسيون (atomization) بهتر دي‏متيل‏اتر در شرايط يكسان تزريق و محفظه احتراق نسبت به دو سوخت ديگر است. در فشار تزريق 50 (MPa) افشانه سوخت زيستي به دليل بالا بودن كشش سطحي، در ناحيه خارجي فواره، داراي طرح ناهموارتري نسبت به دو سوخت ديگر است.

Depleting petroleum resources, increasing costs, and requirements of energy security, have led to an increase interests in renewable fuels, in recent years. Among various alternative fuels, biodiesel and dimethyl ether (DME) fuels are the most popular. In this paper, spray characteristics of diesel and those two fuels have been studied numerically under different physical conditions via the AVL-FIRE software. Injection pressure was kept constant in 50 and 100 MPa and two different pressures were considered for ambient pressure; 1 and 2 MPa. The results were in a good agreement with experimental studies. Spray characteristics such as tip penetration, Sauter mean diameter (SMD) were analyzed. Results showed that in the same physical conditions, DME had the smallest value for spray penetration and diesel had the largest values. In addition, in the case of two different ambient and injection pressures, biodiesel had the largest SMD value and DME has the smallest value in comparison to two other fuels, which means better atomization of DME at same injection and ambient conditions. The spray tip penetration was influenced by ambient pressure in each studying fuels; decreased as the ambient pressure increased, and SMD values decreased as the injection pressure increased.