فهرست مطالب

تحقیقات موتور - پیاپی 62 (بهار 1400)

نشریه تحقیقات موتور
پیاپی 62 (بهار 1400)

  • شماره ویژه مقالات برتر سومین همایش ملی موتورهای درونسوز 1400
  • تاریخ انتشار: 1400/04/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید مهدی لشکرپور، رحیم خوشبختی سرای*، محمد نجفی صفحات 3-13

    در این تحقیق، یک برنامه چندمنطقه‏ ای بهبود یافته برای شبیه‏ سازی احتراق موتور اشتعال تراکمی مهارشونده واکنشی توسعه یافته است. از تابع بدست آمده از شبیه‏ سازی دینامیک سیالات محاسباتی برای توزیع سوخت هپتان نرمال به عنوان ورودی برنامه چندمنطقه‏ ای استفاده و صحه‏ گذاری گردیده است. بعد از صحه‏ گذاری نتایج و با استفاده از داده های بدست آمده از الگوی چندمنطقه ای، ضرایب مجهول الگوی انتگرال کوبشی اصلاح شده و سپس الگوی50 درصد سوخت سوخته شده و الگوی بازه احتراق توسط روش وراثت تعیین و بهینه گردیده و با 70 مورد از نتایج خروجی الگوی چندمنطقه‏ ای و 25 مورد از نتایج آزمون عملی مقایسه گردیده است. نتایج نشان‏ دهنده بیشینه خطای 1.2 درجه میل‏ لنگ برای پیش‏بینی زمان شروع احتراق است. همچنین، دو الگوی دیگر متغیرهای 50 درصد سوخت سوخته شده و بازه احتراق را بترتیب با خطاهای متوسط 1 و 1.2 درجه میل‏ لنگ پیش بینی می نمایند.

    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی مهارشونده ی واکنشی، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوی چندمنطقه ای، الگوی انتگرال کوبشی اصلاح شده، روش وراثت
  • ابراهیم اکبرپوران خیاطی، بهروز نجاری*، سمیه پارسا، میرجواد عابدی صفحات 15-21

    موتورهای دیزلی در دو نوع خودرویی و صنعتی از موثرترین موتورها در جهان به حساب می آیند. بهبود آلایندگی و کاهش مصرف سوخت در صنعت خودروسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های متعددی برای کاهش آلایندگی و مصرف سوخت موتورهای دیزلی وجود دارد. در این مقاله ابتدا سعی شده است تا با بکارگیری سامانه‏ سوخت رسانی لوله مشترک و تامین سوخت با فشار قوی در پشت افشانه‏ها و بهبود احتراق داخل محفظه احتراق، ضمن حفظ عملکرد موتور دیزلی OM355، مقدار آلایندگی از نوع دوده، HC و CO و مصرف سوخت آن نیز کاهش پیدا کند. لازم به ذکر است با بکار بردن سامانه‏ سوخت رسانی لوله مشترک و بخار شدن بهتر سوخت توسط سامانه‏ پاشش و همزمان افزایش بازده احتراق، ضمن کاهش دوده، HC و CO، مقدار NOX نیز افزایش می یابد. بنابراین پس از این مرحله استفاده از یک سامانه‏ برای کاهش مقدار NOX امری ضروری است تا حالت مصالحه بین دوده، HC، CO و NOX برقرار گردد. بنابراین با استفاده از سامانه‏ مهار آلایندگی SCR که یکی از فناوری های کارآمد مهار و کاهش NOX است، مقدار NOX در مرحله پس از احتراق به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. نتایج عملی حاصل از آزمون موتور OM355، نشان از عملکرد مناسب سامانه سوخت رسانی لوله مشترک و مهار آلایندگی SCR دارد.

    کلیدواژگان: موتور OM355، سامانه سوخت رسانی لوله مشترک، آلایندگی، مهار آلایندگی SCR، مصرف سوخت
  • علی قدسی، فرهاد سالک، سید وحید حسینی*، میثم بابائی صفحات 23-29

    سوخت گاز طبیعی، به عنوان یک سوخت پاک شناخته می شود که استفاده از آن در خودروها به عنوان سوخت پایه، باعث کاهش آلایندگی و گازهای گلخانه ای خواهد شد. از طرفی دیگر، آمونیاک نیز به عنوان یک سوخت حامل هیدروژن تلقی شده که ترکیب آن با گاز طبیعی در احتراق، باعث افزایش راندمان احتراق خواهد شد. در این مقاله، بررسی عددی تاثیر پاشش آمونیاک بر میزان تولیدی آلاینده ها و عملکرد موتور EF7 با سوخت پایه CNG انجام گرفته است. در ابتدا موتور EF7 گازسوز در نرم افزار AVL BOOST مدلسازی شده و به منظور استحصال پارامتر های اصلی موتور در سرعت 6000 د.د.د و به صورت تمام بار، حل شده و سپس با داده های آزمایشگاهی صحه گذاری شده است. پس از آن آمونیاک با درصد های پاشش 5 درصد و 10 درصد در موتور با سوخت پایه CNG به صورت مجزا برای هر استوانه توسط چهار انژکتور نصب شده بر روی منیفولد هوای موتور، تزریق شده و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده، با افزودن آمونیاک مقدار توان و فشار موثر متوسط تولیدی توسط موتور تغییرات محسوسی نداشته است. اما پاشش آمونیاک باعث افزایش دمای احتراق در داخل استوانه ها شده که در نتیجه آن CO و HC به ترتیب تا حداکثر 27 درصد و 7.5 درصد، کاهش یافته است. از طرفی دیگر، افزایش دمای استوانه موجب افزایش NOx گردیده به طوری که برای 5 درصد پاشش آمونیاک 43.4 درصد و برای 10 درصد پاشش آمونیاک 118.7 درصد افزایش اکسیدهای ازت ثبت گردیده است.

    کلیدواژگان: سوخت های زیستی، گاز طبیعی، کربن مونواکسید، اکسید ازت، آمونیاک
  • نفیسه مهدیار، سید وحید حسینی* صفحات 31-41

    در مقاله حاضر، شبیه‏ سازی دینامیک مولکولی نانو سایش با استفاده از نانوذره الماس به قطر 3 نانومتر محصور شده با دو قطعه آهنی انجام شد. کل فرآیند در دمای K300 ثابت ماند و سرعت لغزشی برای لایه های مرزی بالا و پایین m/s100 انتخاب شد. بررسی سازوکار روانکاری الماس نشان می دهد که نانو ذره حرکت لغزشی سطوح اصطکاک را به حرکت غلتشی تبدیل می کند. بر اساس نتایج بدست آمده، استفاده از نانوذره الماس امکان کاهش ضریب اصطکاک را از 0.24 به 0.05 به وجود می آورد. به منظور بررسی اثر فشار در فرآیند سایش، شبیه سازی فرآیند سایش در دما و سرعت ثابت، تحت سه فشار متفاوت 350، 500 و 650 مگاپاسکال انجام شد. نتایج نشان داد نانوذره تحت فشار های قویتر تغییر شکل نمی دهد و شکل کروی خود را حفظ می کند و با ایجاد فاصله بین سطوح اصطکاک نسبت به زمانی که نانوذره ای نباشد، اصطکاک را بهبود می بخشد. با این حال در حضور نانوذره، با افزایش فشار، ضریب اصطکاک افزایش یافت.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، دینامیک مولکولی، نانو سایش، لغزش، غلتش
  • عیسی ساحتی مهر*، میر علی اصغر مفید، محسن جعفری قاسم قشلاقی، سید مهدی لشکرپور، امیررضا کوه بلوری، مهدی منصوری، مجتبی یزدانی صفحات 43-54

    سامانه‏ انتقال قدرت، بخش حیاتی هر وسیله نقلیه است. در این میان میل لنگ از اجزاء مهم سامانه‏ است، به طوری که به وسیله دسته‏ سمبه‏، نیروی لازم از احتراق را از سمبه‏ ها که حرکت خطی دارند، می‏گیرد و آن را به حرکت دورانی تبدیل می کند. چون میل لنگ چرخه های تکرار زیادی را می‏بیند، همواره تحت نیرو ها و شرایط مرزی پیچیده قرار دارد. از این رو شناسایی و چگونگی اعمال، مقدار و جهت این گونه مولفه ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. به طوری که عدم آگاهی داشتن از شرایط حاکم بر میل لنگ، منجر به شکست میل لنگ و از کار افتادن کل سامانه‏ انتقال قدرت خواهد شد. در این راستا برای اولین بار در پی مشخص نمودن وضعیت تنش در میل لنگ تحت فعالیت از تراکتور ITM 1500 و مشخص نمودن تمرکز تنش و مکان های مستعد برای خستگی و شکست شدیم. نخست منبع و مقدار بار های اعمالی و چگونگی تاثیر آن ها بر میل لنگ بررسی شد. سپس الگوهای 3 بعدی لازم را در نرم افزار زیمنس ان ایکس ترسیم نمودیم. تحلیل الگوی اجزاء محدود با تعریف مشخصات مصالحی، حلگر، بار و شرایط مرزی مناسب در نرم افزار آباکوس انجام شد. همچنین شبکه بندی در نرم افزار تخصصی پیش-پردازش انسا انجام شد. نتایج بدست آمده از تحلیل اجزاء محدود ارایه و بررسی شد. به طوری که مقدار و مکان نقطه های بحرانی تنش در کل الگو و مسیر تعریف شده روی یاتاقان های اصلی مشخص گردید. در انتها نتیجه گیری های لازم با استفاده از نتایج بدست آمده بیان گردید.

    کلیدواژگان: میل لنگ، تحلیل تنش اجزاء محدود، زیمنس ان ایکس، آباکوس، انسا
  • جاماسب پیرکندی*، مصطفی محمودی، پوریا کرمی صفحات 55-63

    در تحقیق حاضر یک چرخه ترکیبی جدید متشکل از موتور پرخوران ملخی مجهز شده با پیل سوختی اکسید جامد تحلیل و بررسی شده است. در این پیکربندی بعد از ورودی هوا به ترتیب، تنجار هوا، پیل سوختی اکسید جامد، محفظه احتراق، پرخوران پرفشار، پرخوران آزاد و خروجی در نظر گرفته شده است. در این مطالعه عملکرد چرخه در دمای مختلف ورودی پرخوران بررسی شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که ادغام پیل سوختی اکسید جامد با موتور پرخوران ملخی منجر به بهبود کارایی این موتور خواهد شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزودن پیل سوختی اکسید جامد به موتور پرخوران ملخی باعث افزایش بازده کل سامانه‏ از 20 درصد در موتور پرخوران ملخی به 26 درصد در چرخه ترکیبی خواهد شد. همچنین نتایج و نمودارهای بدست آمده نشان می دهد که چرخه ترکیبی تا حدودی نیروی پیشران‏ بیشتری را نسبت به موتور پرخوران ملخی واقعی تولید کرده و همچنین 50 کیلووات در ساعت انرژی برق هواپیما را تامین می کند.

    کلیدواژگان: پرخوران ملخی، سامانه دورگه، پیل سوختی اکسید جامد، انرژی برقی
|
  • S.M Lashkarpour, R Khoshbakhti Saray*, M Najafi Pages 3-13

    A modified multi zone model (MMZM) is developed for RCCI engines simulation. The CFD model is used to predict the evaporated n-heptane stratification to introduce as input to the MMZM to predict the SOC (start of combustion) and CA50 with sufficient accuracy. In the next step, a physic-base model is developed for SOC prediction and parameterized with 70 multi-zone results and validated using the same results and extra 25 experimental data. The model prediction average error for 95 steady-state operating conditions is below 1.2 CAD. Also, a modified fuel burn rate model is developed for predicting 50% of fuel mass burn and burn duration. Predicted results are in good agreement with all multi-zone results and operating conditions in prediction of both CA50 and burn duration. The MMZM can predict CA50 and burn duration with acceptable accuracy as the average error are about 1 CAD and 1.2 CAD.

    Keywords: RCCI (Reactivity controlled compression ignition) engine, CFD (computational fluid dynamics), MMZM(modified multi zone model), MKIM (modified knock integral model), Genetic Algorithm
  • E Akbarpouran Khayati, B Najjari*, S Parsa, M. J Abedi Pages 15-21

    Diesel engines in both automotive and industrial types are one of the most efficient engines in the world. Improving emissions and reducing fuel consumption is of great importance in the automotive industry. There are various methods in order to reduce emissions and fuel consumption of diesel engines. In this paper, at first it is tried to use the common rail fuel injection system to provide high pressure fuel behind the injectors and improve combustion inside the combustion chamber. It will decrease, soot, HC and CO emissions and fuel consumption while maintaining the performance of the OM355 diesel engine. It should be noted that by using the common rail system and better evaporation of fuel by the injection system and increasing the combustion efficiency, while reducing soot, HC and CO, the amount of NOX also increases. Therefore, after this stage, using a system to reduce the amount of NOX is necessary to create a trade-off between soot, HC, CO and NOX. So, with the use of Selective catalytic reduction (SCR) catalyst, which is one of the efficient technologies for controlling and reducing NOX, the amount of NOX in the post-combustion phase is significantly reduced. The experimental results of the OM355 engine test show the proper operation of the common rail and SCR systems.

    Keywords: OM355 engine, Common rail fuel injection system, Emission, Selective catalytic reduction (SCR), Fuel consumption
  • A Ghodsi, F Salek, S. V Hosseini*, M Babaie Pages 23-29

    Natural gas is known as one of the clean fuels the employment of which in vehicles results in the decrease of emissions and greenhouse gases. In addition, ammonia is known as one of the hydrogen carrier fuels the co-burning of which with natural gas leads to increment of combustion efficiency. In this paper, a numerical investigation is performed on the impacts of ammonia injection on the emission production and performance of a CNG-fueled EF7 engine. At first, the gaseous fueled EF7 engine has been modeled in AVL BOOST software and the main parameters of the engine at 6000 RPM and full load condition have been extracted and compared with experimental data for validation purpose. Then, the ammonia has been injected by 5% and 10% injection ratio by 4 injectors mounted on the air manifold into the engine, and the results of its injection into the engine are studied. By injection of ammonia, the engine power and brake mean effective pressure has been changed minimally. However, the in-cylinder temperature increased resulted in a decrement in CO and HC emissions up to 27% and 7.5%. On the other hand, the increase of in-cylinder temperature also led to an increase in NOx production which increased up to 43.4% for 5% ammonia injection and 118.7% for 10% ammonia injection.

    Keywords: Biofuel, Nitrogen oxide, Ethanol, Auxiliary fuel, Ammonia
  • N Mahdiyar, S. V Hosseini* Pages 31-41

    In the present paper, molecular dynamics simulations of nano-wear were performed using a diamond nanoparticle with a diameter of 3 nm enclosed by two iron blocks. The whole process remained constant at 300 K and the slip velocity was selected for the upper and lower 100 m/s boundary layers. The study of the diamond lubrication mechanism shows that nanoparticles convert the sliding motion of friction surfaces into rolling motion. Based on the obtained results, the use of a diamond nanoparticle makes it possible to reduce the coefficient of friction from 0.24 to 0.05. To investigate the effect of pressure on the wear process, simulation of the wear process at constant temperature and velocity was performed under three different pressures of 350, 500, and 650 MPa. The results showed that nanoparticle does not deform under higher pressures and retain their spherical shape and improve the friction by creating a distance between the surfaces of friction compared to when there are no nanoparticles. However, in the presence of nanoparticles, the coefficient of friction increased with increasing pressure.

    Keywords: Simulation, Molecular Dynamics, Nano-Wear, Slipping, Rolling
  • E. Sahatimehr*, M. Mofid, M. Jafari Ghasem Gheshlaqi, S. M. Lashkarpour, A. KouhBolouri, M.Mansouri, M. Yazdani Pages 43-54

    The powertrain is a vital part of any vehicle. In the meantime, the crankshaft is one of the important components of the system, by connecting rod, it takes the necessary combustion force from the pistons that have a linear motion and converts it into a rotational motion. Because crankshaft suffers from repetitive cycles in its activity, it is always subject to complex forces and boundary conditions. Therefore, identifying and how to apply, amount and direction of such components is very important. Lack of knowledge of the conditions governing the crankshaft will lead to the failure of the crankshaft and the failure of the entire transmission system. In this regard, for the first time, we sought to determine the stress conditions in the ITM 1500 tractor crankshaft that working in operational situation and to determine the stress concentration and places prone to fatigue and failure. We begin by evaluation of the source and amount of loads applied and how they affect the crankshaft. Then we drew the necessary 3D models in Siemens NX software. Finite element model analysis was performed by defining suitable material, solver, load and boundary conditions specifications in Abaqus software. Mesh was also done in ANSA specialized pre-processing software. The results obtained from finite element analysis were presented and reviewed. The amount and location of critical stress points in the entire model and the path defined on the main bearings were determined. In the end, the necessary conclusions were expressed using the obtained results.

    Keywords: Crankshaft, Finite element stress analysis, Siemens NX, Abaqus, ANSA
  • J Pirkandi*, M Mahmoodi, P Karami Pages 55-63

    In the present study, a new combined-cycle consisting of a turboprop engine equipped with a solid oxide fuel cell has been analyzed and investigated. In this configuration, after the air inlet, the air compressor, solid oxide fuel cell, combustion chamber, high-pressure turbine, free turbine, and outlet are considered, respectively. In this study, the cycle performance at different turbine inlet temperatures is investigated. Examination of the results shows that the integration of solid oxide fuel cells with turboprop engines will improve the efficiency of this engine. The results of this study show that adding solid oxide fuel cells to the turboprop engine will increase the efficiency of the whole system from 20% in the turboprop engine to 26% in the combined cycle. The results and diagrams also show that the combined cycle generates somewhat more thrust than a real turboprop engine and also provides 50 kWh of aircraft electrical energy.

    Keywords: Turboprop, Hybrid Systems, Solid Oxid Fuel Cell, Electrical Energy