دانشگاه‌ صنعتی ارومیه

پردیس دانشگاهی

گروه مکانیک

عنوان:‌

مطالعه‌ی عددی تأثیر پارامترهای مؤثر شرایط اولیه‌ی حاکم بر محفظه‌ی احتراق موتور پاشش‌مستقیم دیزلی بر شاخص‌های عملکردی موتور و آلاینده‌های منتشره

اساتید راهنما:

دكتر شهرام خلیل‌آریا

دکتر وحید زارع

پایان‌نامه‌ی كارشناسی‌ ارشد رشته‌ی مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی

بهمن‌ماه 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                                    صفحه

چکیده. أ‌

علائم اختصاری و نشانه‌ها ج‌

فهرست جدول‌ها خ‌

فهرست شکل‌ها د‌

فصل اول (مقدمه و ساختار پایان‌نامه) 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- هدف مطالعه‌ی حاضر. 3

1-3- ساختار کلّی پایان نامه. 4

فصل دوم (معرفی موتورهای احتراق داخلی و مروری بر کارهای گذشته) 5

2-1- مقدمه. 6

2-2- تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی.. 6

2-2-1- چرا موتورهای احتراق اشتعال تراکمی را موتورهای دیزلی می نامند؟. 7

2-3- مقایسه‌ی موتورهای احتراق اشتعال تراکمی (CI) و جرقه‌ای(SI). 7

2-3-2- کاربرد موتورهای دیزل.. 10

2-4- مزایای موتورهای دیزل.. 11

2-5- موتورهای دیزل با پاشش مستقیم (DI) و پاشش غیرمستقیم (IDI). 12

2-6- مراحل کار موتورهای دیزل.. 13

2-7- مروری بر منابع.. 15

2-8- جمع‌بندی.. 19

فصل سوم (مواد و روش‌ها: مدل‌سازی و روش‌های حل مسئله) 21

3-1- مقدمه. 22

3-2- مش بندی.. 22

3-2-1- استقلال از شبکه. 27

3-3- جریان های چند فازی.. 27

3-4- شبیه‌سازی عددی اسپری.. 28

3-5- مشخصه‌های عملکردی موتور. 36

3-5-1- گشتاور و توان.. 37

3-5-2- مصرف سوخت ویژه. 39

3-6- تشکیل دوده(soot) در موتورهای دیزلی.. 40

3-7- بررسی پارامترهای مؤثر در ایجاد آلاینده‌ها 41

3-7-1- اثر جنس سوخت… 41

3-7-2- اثرات طراحی و پارامترهای عملکردی موتور. 43

3-7-3- تأثیر دور موتور، دمای هوای ورودی و میزان پاشش سوخت… 44

3-8- محاسبه‌ی پارامترهای مورد نیاز برای آنالیز قانون اول.. 47

3-9- معرفی چند مدل احتراقی مهم.. 48

3-9-1- مدل EBU (Eddy Breakup) 48

3-9-2- مدل ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zones) 48

3-9-3- مدل PDF (Probability Density Function) 50

3-10- جمع‌بندی.. 51

فصل چهارم (اعتبارسنجی و تحلیل نتایج) 53

4-1- مقدمه. 54

4-2- معرفی موتور مورد بررسی و اعتبارسنجی نتایج.. 54

4-3- شرایط اولیه‌ی شبیه‌سازی.. 55

4-4- بررسی مشخصات عملکردی موتور. 56

4-4-1- گشتاور اندیکه 56

4-4-2- توان مؤثر متوسط اندیکه. 57

4-4-3- مصرف سوخت مخصوص اندیکه. 58

4-5- بررسی آلایندگی موتور. 58

4-5-1- آلاینده‌ی NOx. 59

4-5-2- آلاینده‌ی soot 61

4-6- بررسی منحنی‌های فشار و نرخ گرمای آزادشده. 64

6-4-1- منحنی‌های فشار. 64

4-6-2- منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما 67

4-7- کانتورهای مرتبط… 70

4-7-1- کانتورهای دمایی.. 71

4-7-2- کانتورهای مربوط به نسبت هم‌ارزی.. 72

4-7-3- کانتورهای مربوط به جزء جرمی C₁₃H₂₃ 73

فصل پنجم (نتیجه‌گیری و پیشنهادات) 74

5-1- مقدمه. 75

5-2- نتیجه‌گیری.. 75

5-3- پیشنهاد برای کارهای آتی.. 77

فهرست مراجع و مآخذ. 78

علائم اختصاری و نشانه‌ها

عنوان                                                                                                                             نماد

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول 2- 1: مقایسه‌ی موتورهای احتراق داخلی مختلف از منظر تولید آلاینده‌های منتشره و راندمان. 10

جدول 3- 1: تقسیمات زاویه‌ی میل‌لنگ برای محاسبه‌ی داده‌های محاسباتی.. 24

جدول 3- 2:…………………………………… مقادیر Under Relaxation Factors برای معادلات مختلف.. 26

جدول 3- 3: تعداد و نوع مش‌های مورد استفاده در پژوهش حاضر. 27

جدول 3- 4: تغییرات آلاینده‌ها برحسب تغییرات پارامترهای مختلف موتور و سوخت آن [35] 46

جدول 3- 5: مدل‌های به‌کار رفته 52

جدول 4- 1: مشخصات عملکردی موتور فورد 8/1 لیتر HSDI [36] 54

جدول 4- 2: شرایط اولیه‌ی حاکم بر موتور مورد شبیه‌سازی.. 55

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                    صفحه

شکل 2-1: آماده‌سازی مخلوط هوا-سوخت در موتورهای مختلف.. 8

شکل 2-2: تفاوت انجام احتراق در دو موتور احتراق تراکمی، و اشتعال جرقه‌ای   9

شکل 2- 3: تصویری از موتور دیزل پاشش مستقیم (سمت راست) و پاشش‌غیرمستقیم (سمت چپ) [4] 12

شکل 2- 4: نمونه ای از تغییرات فشار برحسب زاویه‌ی میل لنگ در موتور اشتعال تراکمی [5] 14

شکل 2- 5: توزیع مکانی دما و غلظت متان مصرفی در عرض برشی از مقطع سیلندر برای مقادیر مختلف متان پاششی  [17] ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 17

شکل 2- 6: تاثیر زمان‌بندی تزریق سوخت و جرم پاشش‌شده بر روی آلاینده‌های NOx و soot [20] 19

شکل 3- 1: حالات نامطلوب برای سلول‌های یک مش (از راست به چپ): حجم منفی، نرمال منفی و صفحه‌ی پیچ‌خورده …………………………………………………………………………………..23

شکل 3- 2: دامنه‌ی مش‌زنی شده برای محفظه‌ی احتراق. 25

شکل 3- 3: تغییرات گشتاور و توان ترمزی نمونه ای از موتور رفت و برگشتی خودرو سواری [5] 38

شکل 3- 4: هندسه‌های مختلف برای تاج پیستون [34] 44

شکل 3- 5: شماتیک کارکرد مدل ECFM-3Z در موتور دیزل. 49

شکل 4- 1: اعتبارسنجی نتایج عددی با استفاده از نمودار تجربی فشار موجود در منبع [36] 55

شکل 4- 2: نمودارهای گشتاور اندیکه‌ی موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق  56

شکل 4- 3: نمودارهای فشار مؤثر متوسط اندیکه برای موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق. 57

شکل 4- 4: نمودارهای مصرف سوخت مؤثر اندیکه‌ی موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق. 58

شکل 4- 5: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 59

شکل 4- 6: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 59

شکل 4- 7: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 60

شکل 4- 8: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 60

شکل 4- 9: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 61

شکل 4- 10: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 61

شکل 4- 11: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 62

شکل 4- 12: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 62

شکل 4- 13: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 63

شکل 4- 14: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 63

شکل 4- 15: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 64

شکل 4- 16: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 65

شکل 4- 17: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 65

شکل 4- 18: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 66

شکل 4- 19: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 66

شکل 4- 20: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 67

شکل 4- 21: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

شکل 4- 22: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

شکل 4- 23: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69

شکل 4- 24: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69

شکل 4- 25: کانتورهای دمایی مرتبط در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 71

شکل 4- 26: کانتورهای نسبت هم‌ارزی در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 72

شکل 4- 27: کانتورهای جزء جرمی C₁₃H₂₃ در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 73

فصل اول

مقدمه و ساختار پایان‌نامه

1-1- مقدمه

یکی از مشکلات جدی زیست‌محیطی در جوامع امروزی، مشکل آلودگی هواست. از طرفی با گسترش شهرها حجم تولید آلاینده‌های هوا به میزان قابل توجهی در حال افزایش است. شکی نیست که این آلاینده‌ها برای سلامتی انسان و محیط زیست مضر هستند. آلودگی ناشی از موتورهای حرارتی سهم زیادی در این مسئله دارند، اما استفاده از آن‌ها بسیار رایج است و عملاً امکان کنار گذاشتن موتورهای حرارتی از لیست منابع تأمین نیروی لازم برای حرکت وسایل گوناگون، غیر ممکن است.

موتورهای دیزل[1]، به عنوان شکلی از موتورهای حرارتی احتراق داخلی با تولید اکسید های نیتروژن NOx، دوده، ذرات ریز و … از پرکاربردترین منابع آلوده‌کننده‌ی هوا محسوب می‌شوند. تحقیقات و مطالعات تجربی نشان می‌دهد که ایجاد تغییراتی در ساختار سیستم سوخت‌رسانی موتورهای دیزل به میزان قابل توجهی در عملکرد موتور و حجم آلاینده‌های تولیدشده تاثیرگذار است. برای همین سیستم سوخت‌رسانی، و تلاش برای بهبود عملکرد آن، در سال‌های اخیر موضوع بسیاری از مطالعات در زمینه‌ی موتورهای دیزل بوده است.

زندگی بهتر بشر مستلزم بهبود تجهیزات و سیستم­هایی است که از آن­ها استفاده می­کند. با افزایش روزافزون کاربرد موتورها در زمینه­های مختلف صنعتی از جمله خودرو، تحقیقات در این زمینه امری ضروری است. در این میان تحقیق در زمینه‌ی موتورهای احتراق داخلی با توجه به خصوصیات و کاربردهایشان از جایگاه ویژه­ای برخوردار است.

موتورهای احتراق داخلی به دلیل داشتن بازده و قدرت بالا نسبت به وزن و حجم­شان، کاربردهای فراوانی در حمل­ونقل و سایر صنایع دارند؛ که یکی از اصلی­ترین چالش­های پیش رو در استفاده از آن­ها، مسائل زیست­محیطی و خصوصاً آلودگی هوا می­باشد. البته تحقیقات فراوانی نیز جهت کاهش آلاینده­های منتشره از این موتورها صورت گرفته است.

علاوه بر مطالعات تجربی صورت­گرفته در این زمینه، یکی از ابزارهای مهم جهت پژوهش در این حوزه، مدل­کردن کامپیوتری پدیده­های درونی موتورهاست. این مدل­ها در واقع رهیافتی برای رابطه­مندکردن و تحلیل چرخه­های درونی موتور است. اغلب مدل­ها نمی­توانند فرآیندها و خواص را با ریزترین جزئیات نشان دهند، با این حال، ابزار قدرتمند و قابل­اعتمادی در فهم و توسعه‌ی فرآیندهای درونی موتور می­باشند. با استفاده از این مدل­ها در تحلیل و طراحی موتورهای جدید، صرفه­جویی عمده­ای در زمان و هزینه‌ی مطالعات صورت می‌گیرد. در این راستا مدل­های کلاسیک ارائه­شده را می­توان به دو گروه مدل­های ترمودینامیکی و مدل‌های سیالاتی طبقه­بندی کرد. ولی علاوه بر این دو گروه، شبکه­های عصبی مصنوعی نیز یکی از قدرتمندترین ابزارها در تحلیل سیستم­های پیچیده و غیرخطی محسوب می­شوند. این شبکه‌ها توانایی تحلیل ارتباط موجود بین انواع پارامترهای ورودی و خروجی و ایجاد مدلی مناسب برای موتورهای احتراق داخلی را دارند.

علاوه بر مشکل آلودگی محیط زیست، کاهش منابع طبیعی و در نتیجه افزایش هزینه‌ی استفاده از سوخت‌های فسیلی نیز مانعی در زمینه‌ی فعالیت موتور دیزل است. تکنیک‌هایی که برای غلبه بر مشکلات موتور دیزل ارائه می‌شود در حالت کلی دو جهت‌گیری دارند [1] و [2]:

• ایجاد تغییراتی در طراحی موتورهای دیزل برای افزایش عملکرد آن و کاهش آلودگی محصولات احتراق (نظیر استفاده از سیستم ریل‌مشترک، استراتژی های کنترل تزریق سوخت، کار بر روی گاز خروجی و …).
• استفاده از سوخت جایگزین برای حل بحران انرژی، مسئله‌ی آلاینده‌ها و حتی افزایش عملکرد موتور دیزل (به عنوان نمونه، سوخت‌های اکسیژن‌دار که ذرات ریز کمتری تولید می‌کنند یا سوخت‌های تجدیدپذیر که با محیط زیست سازگاری دارند).

1-2- هدف مطالعه‌ی حاضر

پایان‌نامه‌ی پیش رو مطالعه‌ای عددی بر روی موتور دیزل 8/1 لیتر انجام می‌باشد. ابتدا شبیه‌سازی موتور انجام شده و تاثیر شرایط اولیه‌ی حاکم مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین وسیله ابتدا مدل هندسی دامنه‌ی محاسباتی سیلندر پیستون طراحی گردیده و سپس در نرم افزار Ansys ICEM مش‌زنی سطحی صورت گرفته است و در نرم افزار ESE Diesel مش‌زنی نهایی صورت گرفته و برای برقراری شرایط اولیه و مرزی و همچنین چگونگی حل معادلات بقا، گسسته‌سازی معادلات پیوستگی، مومنتوم، و انرژی تصمیم‌گیری می‌شود. مدل هندسی مش‌زنی‌شده‌ی سه‌بعدی وارد نرم افزار AVL-Fire شده و نتایج دو بعدی و سه‌بعدی با تغییر پارامترهای اولیه‌ی مورد نظر مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. هدف این پایان‌نامه تبیین راهکارهایی جهت افزایش عملکرد موتور و کاهش آلاینده‌ها با استفاده از انتخاب بهترین نقاط کارکردی شرایط اولیه خواهد بود.

[1] Diesel engines

تعداد صفحه :101

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***