امکان‌سنجی تشکیل شارژ لایه‌ای موضعی و اثرات ناشی از آن در یک موتور تزریق مستقیم گاز طبیعی

Abstract

گاز طبیعی از گزینه‌های مناسب برای جایگزینی با سوخت‌های پایه نفتی است که مشکلات آب و هوایی جهان و آلاینده‌های زیست‌محیطی را تشدید کرده‌اند. به‌طور معمول استفاده از گاز طبیعی در موتورهای احتراق داخلی با کاهش توان موتور همراه است، اما تکنولوژی تزریق مستقیم سوخت تا حد قابل توجهی می‌تواند کاهش توان را جبران می‌کند ولی همچنان استفاده بهینه از آن نیازمند تحقیق و پژوهش‌های بیشتر است. شارژ لایه‌ای موضعی از جمله ایده‌های مطرح شده برای بهبود راندمان احتراق در موتورهای تزریق مستقیم است. تحقیق حاضر به‌عنوان بخشی از پروژه تبدیل یک موتور تزریق درگاهی به‌تزریق مستقیم، به‌امکان‌یابی و شرایط تشکیل مخلوط لایه‌ای موضعی و اثرات آن روی احتراق و عملکرد موتور می‌پردازد. مطالعه عددی صورت گرفته در تحقیق حاضر نشان می‌دهد که شکل‌گیری مخلوط لایه‌ای موضعی با روش هدایت هوایی با قرارگیری انژکتور در مجاورت مسیر ورودی هوا سخت و غیرممکن خواهد بود. تکانه بالای فواره گازی صرفاً سبب حرکت سریع توده سوخت تزریق‌شده در سیلندر می‌شود و نمی‌تواند کمکی به‌اختلاط سریع و قابل قبول این توده سوخت با مخلوط سوخت و هوای داخل سیلندر بکند. از این‌رو این مساله موجب بالارفتن نسبت سوخت و هوا به‌صورت موضعی، بیش از حد قابل انتظار می‌شود و اُفت راندمان احتراق را سبب می‌شود. هرچند افزایش سرعت پیشروی شعله و نرخ آزادسازی انرژی به‌دلیل بالارفتن آشفتگی جریان به‌عنوان نتایج تحقیق حاضر قابل بیان است ولی بهره‌مندی از مزیت‌های افزایش سرعت شعله سوخت گاز طبیعی به‌دلیل نارسایی‌های مطرح شده به‌طور محسوس مشاهده نمی‌شود.