بررسي عددي اثر دماي آب اضافه شده به سوخت اكتان بالا در يك موتور اشتعال تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل‌شده (RCCI)

Numerical Study of the Effect of Adding Water with Different Temperatures to Low-Reactivity Fuel in a Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI) Engine

كاهش مصرف سوخت و آلايندگي‌ها و نيز افزايش توان و بازدهي از اهداف مهم پژوهش‌هاي حوزه‌ موتورهاي درون سوزند. با‌توجه‌به اثرات مثبت افزودن آب به مخلوط سوخت و هواي ورودي از منيفولد يك موتور درون سوز دماپايين، اين مقاله به اثر تغيير دماي آب اضافه‌شده به سوخت اكتان‌بالا در يك موتور درون سوز اشتعال‌تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل‌شده و سوخت دوگانه بنزين–ديزل مي‌پردازد. دماي آب در بازه‌ي 20 تا 60 درجه‌ سلسيوس تغيير مي‌كند.در اين راستا، در حالي كه مشخصه­ توان خروجي تقريباً ثابت نگه­ داشته شده است، آب با نسبت‌هاي جرمي مختلف جايگزين بنزين مي‌شود، به‌گونه‌اي ‌كه ميزان كاهش سوخت معادل مقدار آب افزوده باشد، اما جرم سوخت ديزل بدون تغيير باقي مي­ماند. براي شبيه‌سازي عددي، از نزم‌افزار AVL-Fire به‌صورت كوپل با كد سينتيك مفصل شيميايي استفاده شد. با مقايسه‌ نتايج عددي با نتايج آزمايشگاهي در شرايط مشابه، نتايج عددي اعتبارسنجي شدند. نتايج نشان مي‌دهند، با افزايش نسبت جرمي آب تا 10درصد، فشار و دماي محفظه احتراق و نيز آلايندگي اكسيدهاي نيتروژن به حد قابل توجهي افزايش مي‌يابد، ولي با افزايش آب تا نسبت جرمي 15درصد، روند كاهشي ديده مي‌شود. ادامه‌ روند افزايش نسبت جرمي آب تا 20 درصد دوباره روند افزايشي را درپي دارد، با اين تفاوت كه در اين نسبت جرمي دماي محفظه احتراق و آلايندگي اكسيدهاي نيتروژن، علي‌رغم افزايش مشخصه‌هاي توان، افزايش چشم‌گيري نداشته‌اند. در ادامه، با درنظرگرفتن نسبت جرمي 20 درصد، بررسي اثرات افزايش دماي آب اضافه‌شده روند رو به بهبودي را نشان مي‌دهد، به‌طوري ‌كه بيشينه‌ ميانگين فشار داخل محفظه احتراق افزايش ‌يافته، منجربه افزايش جزئي فشار متوسط مؤثر انديكاتوري مي‌شود. ازطرفي، به‌دليل افزايش سطح تكميل احتراق، آلايندگي CO به‌حد چشم‌گيري كاهش مي‌يابد. همچنين، مصرف سوخت ويژه انديكاتوري تا مقدار 2 درصد كاهش مي‌يابد.

Reducing fuel consumption and emissions, as well as increasing the power and efficiency, have always been important in IC engines researches. Due to the positive effects of adding water to the inlet fuel-air mixture through the manifold of a low-temperature engine, the effect of the temperature of water added to the low-reactivity fuel in an RCCI engine with gasoline-diesel dual-fuel has been investigated. The water temperature varies between [20-60]oC. Water is substituted for gasoline with different mass-ratios; so that the reduction of fuel will be equal to the amount of water added. For numerical simulation, the AVL-Fire was used as a couplet with the detailed chemical kinetics code. For validation, numerical results are compared with similar experimental data. The results show that by increasing the mass-ratio of the replaced water up to 10%, the in-cylinder pressure and temperature as well as the NOx increase significantly; but with an increase in mass-ratio to 15%, a decreasing trend is seen. With the increase in the mass-ratio to 20%, it will again lead to an increasing trend; however, at this mass-ratio, the in-cylinder temperature, and the NOx have not increased significantly, despite the increase in power characteristics. Then, considering the mass-ratio of 20%, the evaluation of water temperature increasing shows an improving trend; so that the maximum average in-cylinder pressure is increased and leads to a slight increase in the IMEP. Also, due to the increase in combustion quality, CO is significantly reduced, as well as the ISFC is reduced up to 2%.