فهرست مطالب

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 59 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/05
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی نظری چکوری، علیرضا حاجی علی محمدی*، مصطفی میرسلیم، حمیدرضا فجری صفحات 3-15

    چالش‏ هایی که اخیرا برای آلایندگی موتورهای دیزل خصوصا آلاینده ذرات معلق مطرح شده، موجب شده، تولید این موتورها روند کاهشی در پیش گیرد. این امر موجب شتاب گیری توسعه فناوری های جدید برای موتورهای بنزینی تزریق درگاهی و مستقیم شده است. یکی از مهمترین متغیرهای موثر بر بازده احتراق، توان و آلاینده های خروجی موتور مشخصات فواره سوخت خروجی از افشانه است. در این تحقیق تاثیر فشار پاشش بر عمق نفوذ فواره خروجی از موتور دوسوخته تزریق درگاهی 7EF بررسی شد و معادله تجربی برای عمق نفوذ فواره این موتور پیشنهاد گردید. همچنین تاثیر فشار پاشش بر زوایای مخروطی و جدایش فواره، برای دو نوع افشانه تنفس طبیعی و پرخوران مطالعه شد. روش عکس برداری شیلرین تند برای به‏دست آوردن مشخصات هندسی فواره استفاده شد. تصاویر حاصل از عکسبرداری، در نرم افزار متلب پردازش شده تا عمق نفوذ، زاویه مخروط و زاویه جدایش فواره به عنوان مشخصه هندسی محاسبه شود. به منظور به ‏دست آوردن حد آستانه مناسب لبه‏یابی از روش اوتسو بهره گرفته شد. بررسی تغییرات عمق نفوذ با فشار تزریق برای دو نوع افشانه، معادله ‏ای بر حسب زمان و فشار تزریق برای فواره های خروجی از افشانه موتور پرخوران و تنفس طبیعی نتیجه داد. این معادله بر حسب زمان و جذر فشار، خطی بود و برای پیش بینی عمق نفوذ فواره‏ های تزریق راهگاهی خطای بیشینه 8.4% را دارد. نتایج همچنین نشان داد نفوذ دو فواره در فشارها و زمان های تزریق یکسان دارای اختلاف کمی هستند و زاویه مخروط و زاویه جدایش فواره ها با افزایش فشار تزریق افزایش می‏یابد.

    کلیدواژگان: افشانه تزریق درگاهی، عکسبرداری شیلرین، پردازش تصاویر، عمق نفوذ
  • عزت الله حسن زاده، مهدی علی احیایی*، سعید جعفری مهر آبادی، آرش محمدی، حسین مظاهری صفحات 17-28

    چرخه استرلینگ یکی از چرخه‏ های ترمودینامیکی هست که از لحاظ نظری به چرخه کارنو نزدیک بوده و همین مزیت ها باعث شده تا امروزه موتورهای استرلینگ به طور وسیعی در صنایع مختلف استفاده شوند. هدف اصلی از این تحقیق بررسی تجربی موتور استرلینگ گاما با استفاده از گازهای هوا و هلیوم برای سرمایش است. در این تحقیق اثر سیال عامل هوا و هلیوم، فشار سیال و توان مولد برق روی تولید سرمایش بررسی شده است. نتایج نشان داد که با استفاده از سیال عامل هوا در توان 520.8 وات و فشارکاری 3 بار و در زمان 10 دقیقه می توان به دمای حدود 23- درجه سانتی گراد و با گاز هلیوم در توان 420 وات و فشار کاری 6 بار و در زمان 10 دقیقه به دمای حدود 21- درجه سانتی گراد رسید. در انجام آزمایش ها سعی شده است تا مقدار خطاها در قسمت های مختلف موتور از قبیل عایق کاری، نشتی سیال، لقی تسمه و دستگاه های اندازه گیری به حدود 10 درصد برسد. نتایج نشان داد که افزایش توان منبع تغذیه، فشار متوسط گاز، زمان روشن شدن منبع تغذیه و استفاده از سیال عامل سبک مانند هوا، هلیوم در تولید سرمایش موثر خواهد بود.

    کلیدواژگان: موتور استرلینگ گاما، سرمایش، گاز هوا و هلیوم، منبع تغذیه
  • سید محسن مستشار شهیدی، عباس روحانی*، مهدی خجسته پور، جواد زارعی صفحات 29-43

    امروزه به دلیل کاربرد وسیع موتورهای اشتعال تراکمی در حمل و نقل شهری و نیز لزوم کاهش انتشار آلاینده ‏های خروجی و همچنین مهار مصرف سوخت باعث شده تا استفاده از سوخت های جایگزین در موتور دیزل متداول گردد. به طوریکه یکی از رایج ‏ترین سوخت‏های جایگزین در موتورهای دیزلی، سوخت‏ های گازی هستند. استفاده از سوخت‏ های جایگزین در موتورهای اشتعال تراکمی مستلزم مطالعه اثرات احتراقی و نحوه تشکیل مخلوط قابل اشتعال در محفظه احتراق این نوع از موتورهاست. متغیرهای پاشش سوخت در کیفیت خود اشتعالی موتورهای دوگانه سوز دیزل/گاز نقش بسزایی را ایفا می‏ کنند. از جمله متغیرهای مرتبط با پاشش سوخت، زمان پاشش و نحوه اختلاط سوخت ها با یکدیگر است. به منظور بررسی اثر زمان پاشش سوخت بر کیفیت احتراق موتورهای دوگانه سوز دیزل/گاز مطالعه‏ ای انجام شد. در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، کیفیت احتراق موتوردوگانه ‏سوز دیزل/گاز ارزیابی شد. برای دستیابی به این هدف، شروع زمان پاشش سوخت در سه حالت 22، 18و  14 درجه قبل از نقطه مکث بالا و درصد اختلاط سوخت متان - ان هپتان با درصدهای10-90، 15-85 و 25-75 مد نظر قرار گرفت. نتایج مطالعات عددی نشان داد که با افزایش زمان پاشش سوخت در موتور دوگانه‏ سوز دیزل/گاز، دمای محفظه احتراق و قله فشار استوانه افزایش یافت و همچنین موجب افزایش طول تاخیر احتراق شد. افزایش قله فشار استوانه موجب افزایش متغیر فشار متوسط نامی شد و متعاقب آن گشتاور خروجی به مقدار 16 درصد افزایش یافت. با بیشتر شدن نرخ جرمی سوخت مایع در مخلوط قابل اشتعال کاهش تاخیر احتراق و افت قله فشار متوسط نامی رخ داد به طوری که گشتاور خروجی به مقدار 17درصد و توان نامی به مقدار 70 درصد کاهش پیدا کرد. با کاهش مدت زمان پاشش سوخت در دورهای تند توان نامی بهبود یافت و نتایج انتشار آلایندگی نیز نشان داد که پیش ‏رسی پاشش موجب افزایش 31 درصد اکسید ازت و 16درصد کربن دی اکسید می‏شود که نشان دهنده بهبود کیفیت خود اشتعالی در موتور دوگانه‏ سوز دیزل/گاز است.

    کلیدواژگان: موتور دوگانه سوز دیزل، گاز، متغیرهای عملکردی، دینامیک سیالات محاسباتی، انتشار آلایندگی، زمان پاشش سوخت
  • محمدامیر بیاتی نژاد*، آرش محمدی صفحات 45-62

    خودروهای برقی و دورگه جایگزینی مناسب برای خودروها با سوخت های هیدروکربی برای کاهش آلاینده ها و منابع سنگواره ‏ای اند. انباره ها به عنوان بخش تامین نیروی محرکه این خودروها عمل می کنند. یکی از مهم ترین ویژگی‏ ها برای انباره محاسبه مقدار سطح تغذیه آن است. بهترین بازه برای سطح تغذیه انباره لیتیومی بین20 تا 90 درصد است و بکارگیری چرخه‏ های تغذیه و تخلیه خارج از این بازه، منجر به کاهش عمر انباره خواهد شد. بنابراین باید سطح تغذیه انباره طی فرآیندهای تغذیه و تخلیه مشخص شود تا در بازه ایمن قرار گیرد. در این مقاله یک تک شبکه انباره لیتیومی در حین چرخه تخلیه جریان ثابت به روش الکتروشیمیایی-گرمایی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی و در نرم افزار AVL FIRE شبیه ‏سازی شده است. ابتدا نتایج شبیه‏ سازی با نتایج آزمایشگاهی ولتاژ و دما اعتبار سنجی شده است. سپس نتایج توزیع ظرفیت برقی در جمع‏ کننده جریان، سطح تغذیه، غلظت یون لیتیوم در الکترود ها، توزیع دما در سطح انباره و گرمای تولید شده طی فرآیند تخلیه در نرخ‏ های مختلف ارایه شده است. در نهایت، یک چرخه تغذیه/تخلیه با جریان متغیر شبیه‏ سازی شده و نتایج ولتاژ خروجی و سطح تغذیه انباره محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: انباره لیتیومی، سطح تغذیه انباره، غلظت یون لیتیوم، جمع کننده جریان
  • رسول همتیان، جعفر مساح*، سید رضا حسن بیگی، علیرضا حاجی علی محمدی صفحات 63-72

    فرآیند احتراق در موتور دیزل، عملکرد موتور، مصرف سوخت، ترکیبات گاز خروجی و صدای احتراق تا حد زیادی به نحوه فراهم شدن مخلوط سوخت و هوا در موتور بستگی دارند. ویژگی‏ های پاشش سوخت از جمله شروع پاشش، منحنی نرخ تخلیه و مدت زمان و فشار پاشش در کیفیت تشکیل مخلوط سوخت و هوا تعیین کننده هستند. یک روش معمول برای بررسی سامانه پاشش سوخت، فشار و اثرات آن بر مقدار و زمان پاشش، استفاده از شبیه‏ سازی عددی است. در این پژوهش سامانه پاشش سوخت لوله مشترک به صورت یک بعدی و در نرم افزار AMESim شبیه سازی شد و اثر فشار سوخت بر نوسانات فشار سوخت در ورودی افشانه، نرخ پاشش، جرم سوخت پاشیده شده، زمان پاشش و جابه جایی میله مهار بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد فشار تزریق قوی تر منجر به نوسانات فشار بیشتر می شود. به دلیل تراکم سوخت، چگالی سوخت با افزایش فشار افزایش می یابد و در نهایت منجر به انتشار سریع تر نوسانات فشار می شود. مدت زمان پاشش نیز با وجود یکسان بودن مدت زمان تحریک سیم‏ پیچ در فشارهای مختلف، متفاوت است که به دلیل تاخیری است که در بسته شدن گلوگاه و حرکت سوزن به سمت پایین وجود دارد. مقدار تاخیر در بسته شدن با افزایش فشار بیشتر می شود

    کلیدواژگان: نوسانات فشار، فشار سوخت، شبیه سازی، سامانه پاشش
  • رضا محمودی*، مرتضی یاری، جعفر غفوری، کامران پورقاسمی صفحات 73-93

    کمبود انرژی های تجدیدناپذیر، افزایش قیمت آنها، محدودیت و مخاطرات زیست محیطی باعث شده است بسیاری از محققان توجه خود را به انرژی های تجدیدپذیر سازگار با محیط زیست مثل زیست ‏گاز معطوف کنند. اختلاف در مواد اولیه و فرایند تولید، باعث تولید زیست‏ گاز با اجزای متفاوت و درصد مختلفی از اجزاء از جمله متان می شود. این اختلاف، مهار موثر احتراق را دشوار می کند. در مقاله حاضر، با بکارگیری الگوی سه بعدی سیالاتی-احتراقی به روش CFD، تاثیر زیست‏ گاز اصلاح شده‏ روی مشخصه های احتراقی، آلایندگی و عملکردی یک موتور RCCI بررسی شد. اعتبار سنجی روی یک موتور تک استوانه‏ اشتعال تراکمی در حالت های دیزل معمول و دوگانه انجام شد. شبیه ‏سازی احتراق موتور RCCI به ازای نسبت‏ های 20%، 40%، 60% از زیست‏ گاز اصلاح شده‏ به عنوان سوخت با واکنش‏ پذیری ضعیف صورت گرفت. نتایج نشان داد با افزایش نسبت جرمی زیست‏ گاز اصلاح‏ شده در یک نسبت هم ارزی ثابت 0.43 دمای متوسط احتراق به ترتیب به 1354، 1312، 1292 کلوین کاهش می یابد که این هم 3.5%، 6.6%، 7.95، کمتر از دیزل معمول بود. فشار بیشینه درون استوانه‏ تا 22.63% افزایش یافت. در عوض توان خروجی موتور به ترتیب به اندازه 2.3%، 7.9% و 14.5% افت می کند. در این حالت انتشار آلاینده اکسیدهای نیتروژن (NOx) برخلاف مونوکسیدکربن (CO) به مقدار 50% کاهش داشت. آلاینده های دوده و هیدروکربن‏ های نسوخته نیز از 40% R.BG> (زیست‏ گاز اصلاح ‏شده) روند کاهشی داشتند.

    کلیدواژگان: موتور RCCI، احتراق، زیست گاز، آلاینده، اصلاح شده
|
  • M. Nazari Chekoveri, A. Hajiali Mohammadi*, S.M. Mirsali, H. Fajri Pages 3-15

    Recently, there have been problems with particulate matter pollution in diesel engines and it has reduced production rate of these engines and also, it has accelerated the development of new technologies for PFI and GDI gasoline engines. The spray characteristics has significant impact on the combustion efficiency, power and emissions on internal combustion engines. In This study, effect of injection pressure on the fuel spray penetration, spray cone angle and separation angle has been investigated for EF7 bi fuel engine and an experimental formulation for spray penetration was introduced. The method of Schlieren Imaging method was used to obtain the geometric characteristics of the fuel spray. The images were processed in MATLAB software and the penetration, cone angle and spray separation angle as geometrical properties were calculated. The Otsu method was used to obtain an appropriate edge threshold of image. Investigation of the injection pressure effect on the penetration concluded an experimental formulation for penetration versus time and injection pressure. This equation was linear according to time and square root of injection pressure with maximum error of 8.4%. The penetration of the two fuel sprays (for both injectors tested) had a little difference at the similar pressures and injection times. It was concluded also the cone angle and spray separation angle increased with increasing injection pressure.

    Keywords: PFI injector, Schlieren Imaging, Image Processing, Tip Penetration
  • Ezatollah Hassanzadeh*, Mehdi Aliehyaei, Saeed Jafari Mehrabadi, Arash Mohammadi, Hossein Mazaheri Pages 17-28

    The Stirling Cycle is one of the thermodynamic cycles that is close to Carnot cycle in term of theory, and these advantages cause to using Stirling engines in wide industries. The main objective of this research is experimental investigation of Stirling Gamma engine for refrigeration. In this investigation, effect of working fluid air and helium, operatring pressure of working fluid and dynamo power on refrigereation generation have been investigated. Results show that with using air fluid with power 520.8 W and operating pressure 3 bar and in 10 minutes could reach to temperature -23°C and with using Helium fluid in power 420 W and operating pressure 6 bar and in 10 minutes could reach to temperature -21°C. In experimental implement has been tried to reach lower than 10 percent error results in various part of engine like, insulation, leaking, belt lash and measurement devise Results show that increasing power of power supply mean gas pressure, time of turning on power supply and using fluid such as air, helium are effective in refrigeration.

    Keywords: Gamma Stirling Engine, Cooling, Air, Helium Gas, Power Supply
  • S.M.Mostasharshahidi, A.Rohani*, M. Khojastepour, J. Zareei Pages 29-43

    Today, due to the various usage of compression ignition engines in urban transportation, as well as the need to reduce exhaust emissions and control fuel consumption, the use of alternative fuels has become common in diesel engines. Gaseous fuel is one of the most common alternative fuels that can be used in diesel engines. The utilization of alternative fuels in compression ignition engines requires the study of the combustion quality and the type of flammable mixture formation in the combustion chamber. Fuel injection parameter play a significant role in the combustion quality of dual-fuel diesel/gas engines. The injection timing and gaseous fuel mixing percentage together are among the parameters associated with fuel injection. In order to investigate the effect of fuel injection timing on the combustion quality of dual-fuel diesel / gas engines, a study was conducted. In this research, dual-fuel diesel engine is evaluated at two different speeds using the CFD method. To this research, three modes were selected for the fuel IT: BTDC 22°, BTDC 18° and BTDC 14° and three modes for gaseous fuel mixing percentage: 90%-10%, 85%-15% and 75%-25%. The results of numerical studies showed that with increasing fuel injection timing in a diesel / gas dual-fuel engine, the combustion chamber temperature and cylinder pressure peak (PCP) was increased. Increasing the IT also increased the ignition delay, diesel Knocking and distanced the PCP curve from TDC. The IMEP and output torque increased by 16% as the PCP increased. As the mass flow rate of pilot fuel increased, the ignition delay decreased, causing the PCP to fall. The output torque and indicator power decreased by 17% and 70% respectively. Reducing the fuel IT at high speed, the indicator power improved and the emission results showed that the IT advancing increased the NOx and CO2 by 31% and 16% respectively, indicating improved combustion quality in the dual-fuel diesel engine.

    Keywords: Dual-fuel diesel engine, Parametric performance, Computational fluid dynamic, Emission of pollutants, Injection timing
  • MohammadAmir Bayati Nezhad*, Arash Mohammadi Pages 45-62

    Electric vehicles and hybrid electric vehicles are a suitable alternative for vehicles with hydrocarbons fuels to reduce pollution and fossil resources. The batteries operate as the driving force for these vehicles. One of the most critical parameters of the battery is computing the state of charge (SOC). The best range for SOC of lithium-ion battery is between 20% and 90%, and charging and discharging cycles outside of this range causes to decrease the battery life-span. Therefore, the battery SOC must be specified during the charging and discharging processes in order to the SOC to be within a safe range. In this paper, a single cell of lithium ion battery during the constant current discharge cycle with the electrochemical-thermal method has been simulated with 3D CFD in AVL FIRE software. First, numerical results are validated with experimental results of voltage and temperature. Then, the electrical potential distribution in the current collector, SOC, the lithium ion concentration in the electrodes, the temperature distribution at the battery surface, and generated heat during the discharge process at different rates are presented. Finally, a charge/discharge cycle with the variable current was simulated, and the output voltage and SOC were calculated.

    Keywords: Lithium Ion Battery, State of Charge, Lithium Ion Concentration
  • RASOUL HEMATIAN, Jafar Massah*, Seyed Reza Hassan Beygi, Alireza Hajialimohammadi Pages 63-72

    The combustion processes, engine performance, fuel consumption, exhaust-gas composition, and combustion noise in the diesel engine are closely linked to appropriate mixture of air-fuel in combustion chamber. The fuel-injection parameters such as injection start point, discharge rate curve, injection time and injection pressure are defined by the quality of the mixture formation. The numerical modeling is the common method of investigation of fuel pressure and its effects on the injection quantity in the fuel system. In this study, one-dimensional common rail fuel injection system was simulated in AMEsim software. The simulation results illustrated that the higher injection pressure can lead to higher pressure fluctuations. Because of compressibility of fuel, its density increased with the increase of pressure, resulting in faster propagation of distribution in the whole high pressure tubes. The delay in closing the throat and moving the needle downwards, moreover, led to the difference between Injection time and solenoid stimulation in different pressures. Closing delay, also, increased with increasing pressure.

    Keywords: Pressure Fluctuations, Fuel Pressure, Simulation, Fuel Injection System
  • Reza Mahmoodi*, Mortaza Yari, Jafar Ghafouri, Kamran Poorghasemi Pages 73-93

    The scarceness of non-renewable energies, rising fossil fuels prices, as well as strict environmental regulations have forced many researchers to focus on utilizing environmentally friendly renewable energies such as biogas in internal combustion engines. Variety in raw materials and process of biogas production results in different components and percentages of various elements, including methane. These differences make it hard to control the combustion, effectively, in internal combustion engines. In this research, by means of 3D-CFD model, the effect of reformed biogas (R.BG) was investigated on the combustion characteristics, emissions and performance of a RCCI engine. Validation of the model was done on a single-cylinder compression ignition engine in conventional diesel and dual-fuel operations. The combustion model of the RCCI engine was simulated by replacing diesel with 20%, 40% and 60% of R.BG as low reactivity fuel. The results showed that by increasing the R.BG energy share with a constant equivalence ratio of 0.43, the average combustion temperature decreases to 1300 K and the maximum in-cylinder pressure increases up to 22.63%. Instead, it results in 2.3%, 7.9%, and 14.5% engine output losses, respectively. Also, the emission of NOx, against CO, is reduced by 50%. Soot and UHC emissions were found to be slightly decreased while using R.BG more than 40%.

    Keywords: RCCI engine, Combustion, Biogas, Emissions, Reformed biogas