بررسي آلاينده‌هاي موتوري اشتعال جرقه‌اي با سوخت مخلوط متان و هيدروژن

Study of spark ignition engine emissions fueled by blended hydrogen and methane

امروزه، با توجه به ذخاير گسترده گاز طبيعي در جهان و همچنين رويكرد جهاني به كاهش آلاينده‌هاي محيط زيست، گسترش استفاده از گاز طبيعي به عنوان سوختي پاك، در دستور كار بسياري از كشورهاي جهان قرار گرفته است. طرح‌هاي متنوعي براي گازسوز كردن موتورهاي احتراق داخلي ارايه شده است. مخلوط كردن گاز طبيعي با سوخت‌هاي ديگر براي استفاده از مزاياي توام هر يك از آنها، يكي از اين طرح‌هاست. يكي از اين مخلوط‌ها، تركيب متان و هيدروژن با توجه به خصوصيات منحصر به فرد هر كدام است. در اين مقاله، براي بررسي عملكرد موتور اشتعال جرقه‌اي با سوخت مخلوط متان و هيدروژن، از شبيه‌سازي ابعادي دوناحيه‌اي استفاده شده است. تركيب شيميايي مخلوط درون استوانه 11 گونه شيميايي است كه با فرض تعادلي بودن واكنش‌ها تعيين شده اند. براي تعيين آلاينده اكسيد نيتروژن و مونواكسيدكربن بترتيب از معادله سينتيكي زلدويچ توسعه يافته و معادله سينتيك شيميايي دومرحله‌اي استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي با داده‌هاي تجربي موجود در مراجع صحه‌گذاري شده است. تطابق اين نتايج نشانه دقت مناسب شبيه‌سازي در پيش‌بيني عملكرد موتور است. اثر تركيب‌هاي مختلف متان و هيدروژن با غناهاي (نسبت هم‌ارزي) مختلف بر آلاينده‌ها بررسي شد.

Nowadays, considering vast natural gas reserves in the world and also the general approach to reduce environmental contaminants, the use of the natural gas as the clean fuel has been increased in many countries. Various schemes have been offered to use the natural gas in internal combustion engines. Blending the natural gas with other fuels in order to profit their different advantages is one of plans. Due to their unique characteristics, one of blends is hydrogen and methane. In this paper, a semi-dimensional, two-zone model has been used to study the performance of the hydrogen-methane fueled spark ignition engine. The in-cylinder mixture chemical composition included 11 chemical species, which were determined by the chemical equilibrium assumption. The extended Zeldovich mechanism was used to model the nitrogen oxides concentration. In addition, in order to predict the carbon monoxide concentration, a two-stage chemical kinetic mechanism was utilized. The model validation was done by comparing the results with literature experimental studies. A good agreement between results showed that the model had a good accuracy in predicting the performance of the engine. Engine emissions were compared and thoroughly discussed in different hydrogen-methane compositions and also equivalence ratios.