تحليل ترمومكانيكي و شبيه سازي طرح كاسه پيستون يك موتور اشتعال جرقه اي و بررسي اثرات آن بر عملكرد موتور و ميزان آلاينده هاي توليدي

The termomechanical analysis and the CFD Simulation of an SI engine to investigate the effects of piston bowl on engine performance and the pollutant emissions

در اين تحقيق بررسي ترمومكانيكي و شبيه سازي يك موتور اشتعال جرقه اي 4 سيلندر تنفس طبيعي با هدف برسي اثر كاسه پيستون بر عملكرد و همچنين ميزان آلاينده هاي توليدي موتور مورد مطالعه قرار گرفته است. براي اين منظور، با بررسي تمام تنش‌هاي وارده بر پيستون و طبقه بندي آنها در قالب دو دسته حرارتي و مكانيكي، به مطالعه و تعيين ميزان تنش هاي وارده بر پيستون پرداخته شده است.. تنش هاي حرارتي شامل تغييرات دما بر اثر احتراق و انتقال حرارت و تنش هاي مكانيكي در اثر فشار ناشي از احتراق و اينرسي بوده كه در نهايتا توسط اصل برهم نهي اثرات اين تنش ها در پيستون بررسي و محاسبه شده است. همچنين پس از تطبيق شرايط عملكردي موتور پايه با نتايج آزمايشگاهي، پارامترهاي موثر بر ميدان هاي سرعت جريان و ميزان آلاينده هاي اكسيدهاي نيتروژن و منواكسيد كربن در دو طرح پيشنهادي از كاسه پيستون در كنار طرح موتور پايه مورد مطالعه قرار گرفته است.

In this research, the thermomechanical analysis and the CFD simulation of a four cylinders natural aspirated Spark Ignition (SI) engine has been carried out in order to investigate the effects of piston bowl on engine performance and the pollutant emissions of the engine. For this purpose, the effects of the entire stresses on the piston have been studied by classify them into two categories including thermal and mechanical stresses. The thermal stresses, that include the thermal changes due to the combustion process and the heat transfer, as well as the mechanical stresses, that include the pressure due to combustion and inertia, have been analyzed and calculated by applying the superposition principle. In addition, after validation between the baseline engine and the experimental results, the important parameters on velocity contours, the oxides of nitrogen (NOx) and carbon monoxide (CO) have been studied in the two proposed sketch of piston bowl beside the baseline case.