مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ

Abstract

در موتورهای دیزل پاشش مستقیم امروزی، فرآیندهای اسپری و احتراق آن، از طریق اختلاط کنترل می‌شوند. در روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ به دلیل اینکه مقیاس‌های بزرگ جریان به طور مستقیم حل می‌شوند و مقیا سهای کوچک مدل می‌شوند، بنابراین اختلاط هوا و بخار سوخت به روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ بهتر پیش بینی می‌شود و در نتیجه قابلیت پیش بینی مشخصات جریان واکنشی افزایش می یابد. در این پژوهش اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی بر روی کد EPISO-SPRAY مورد مطالعه قرار می‌گیرد. با توسعه‌ی این کد، روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ بر روی حلگر جریان دوفازی مربوط به این کد اعمال می‌شود که درآن از دیدگاه اولری - لاگرانژی، دینامیک جریان بررسی می‌شود و در نهایت با روش رنس مقایسه می‌گردد. در این پژوهش، به منظور شبیه سازی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل از مدل‌های زیرشبکه‌ی اسماگورینسکی و اسماگورینسکی دینامیکی و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی استفاده شده است و نشان داده شده که استفاده از شبکه‌ی نسبتاً ریز نتایج قابل قبولی به دست می‌دهد. نتایج به دست آمده از طول نفوذ اسپری غیرواکنشی در محیط گازی و همچنین پروفیل سرعت فاز گاز در مرحله‌ی مکش جریان هوا به درون سیلندر در موتور دیزل به منظور اعتبارسنجی عملکرد کد حاضر در جریان تک فازی و دوفازی با داده‌های تجربی مقایسه گردیده است که نسبت به داده‌های تجربی دارای تطابق نسبتاً خوبی می‌باشد، به طوری که با مقایسه‌ی نتایج با داده‌های تجربی می توان نتیجه گرفت که نتایج شبیه سازی گردابه‌های بزرگ با شبکه‌ی ریز در جریان مغشوش غیر واکنشی از نتایج رنس بهتر است. نتایج احتراق اسپری دیزل با دو روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ و رنس نیز با استفاده از سینتیک تک مرحله ای با نتایج تجربی گروه آزمایشگاهی سندیا مقایسه گردیده است. مشخصات کلی جریان واکنشی مغشوش اعم از طول نفوذ اسپری سوخت و بخار آن با استفاده از هر دو روش اغتشاشی به‌خوبی پیش بینی می‌شود. با مقایسه‌ی شکل شعله با استفاده از دو روش اغتشاشی تفاوت‌های اندکی می‌توان مشاهده نمود، ولی مقدار کمینه و بیشین هی دما در هر دو یکسان است.