شبيه‌سازي يك موتور احتراق جرقه‌اي پرخوران با هدف مطالعه پديده خوداشتعالي، كوبش و تاثير آن بر گسترش شعله به‌كمك كد كيوا

Simulation of a turbocharged SI engine to investigate auto-ignition, knock onset and flame propagation by using Kiva code

پديده كوبش، پديده‌اي تصادفي و پيچيده بوده و انجام آزمايش‌هاي تجربي موتور در شرايط با كوبش، بسيار پر هزينه است. موتور مورد بررسي در اين مقاله، موتور EF7(TC) مي‌باشد كه يك موتور دوگانه سوز با پايه گازسوز است و در صورت استفاده از بنزين احتمال وقوع كوبش در اين موتور زياد است. در اين مقاله به‌كمك كد كيوا-نسخه 3وي به شبيه‌سازي يك سيكل كامل اين موتور تحت شرايط با كوبش و بدون كوبش پرداخته شده است. هندسه اين موتور به كمك نرم افزار انسيس و به صورت ساختاريافته، شبكه‌بندي گرديد. از آنجا كه كد كيوا-نسخه 3وي مجهز به مدل خود اشتعالي نمي باشد، مدل انتگرال كوبشي به كد اصلي اضافه شد. نتايج به‌دست آمده از شبيه‌سازي به دو روش فشار درون سيلندر و دماي راهگاه دود خروجي اعتباردهي شد كه نشان داد نتايج شبيه‌سازي در مقايسه با داده‌هاي آزمايشگاهي از دقت مناسبي برخوردار است. با توجه به نتايج آزمايشگاهي، هرچند كد كيوا-نسخه 3وي و مدل انتگرال كوبشي قادر به مدل كردن نوسانات فشاري در شرايط با كوبش نمي‌باشند اما به خوبي محل و زمان وقوع كوبش را شبيه‌سازي مي‌كنند. در نهايت به بررسي نحوه توسعه و نفوذ شعله در محفظه احتراق و چگونگي تشكيل جبهه دوم پرداخته شده است. با توجه به نتايج به‌دست آمده در شبيه‌سازي، جبهه دوم شعله در نزديكي سوپاپ دود تشكيل و گسترش مي‌يابد. نتايج به‌دست آمده، توانايي اين مدل در پيش‌بيني خود اشتعالي و محاسبه اثرات كوبش را به‌خوبي نشان مي‌دهد به‌طوري‌كه با استفاده از آن و بدون نياز به يك كار تجربي كه امكان آسيب رساندن به موتور (به‌دليل كوبش) در آن وجود دارد، مي‌توان در شرايط عملكردي مختلف اقدام به مطالعه پديده كوبش و اثرات آن نمود.

Knock is a random and complex phenomenon in reciprocating engines and engine tests under knocking conditions involve high costs. In this investigation, EF7(TC) engine, which is a bi-fuel spark ignition engine and has relatively high probability of knock phenomena is used. The simulation is conducted using KIVA-3V code to simulate the engine under non-knocking and knocking conditions. ANSYS-ICEM software is used to generate structured mesh for its geometry which is provided by IPCO. The original KIVA-3V code does not have an auto-ignition model; therefore, a knock integral model has been added to the original code. In this paper, the results of simulation are verified using two methods, experimental in-cylinder pressure and exhaust port gas temperature. The theoretical results proved good agreement with experimental data. Compared to experimental data, KIVA-3V and Integral Knock method were shown to simulate knock accurately, although the code cannot simulate the fluctuations of knock. Finally, development of flame in combustion chamber and formation of second flame front was investigated in numerical simulation. Moreover, the simulation results show that second flame-front is created near exhaust valves and propagates onward. The results show that the model can accurately predict auto-ignition and calculate the effects of Knock, So, it is possible to use this model to investigate the Knock phenomenon and its effects without any experimental tests which engine damages are expected to produce during a knocking cycle.