مقایسه اگزرژیک عملکرد موتورهای احتراق داخلی اشتعال جرقه­ ای برای سوخت­ های بنزین، متان و هیدروژن

Abstract

تحلیل اگزرژی ابزاری برای تعیین سهم فرآیندهای دخیل در انتقال قابلیت کاردهی ورودی به سیستم و مکانی که در آن افت انرژی مفید در یک سیستم یا فرآیند رخ می‌دهد است. در این تحقیق مقایسه اگزرژیک عملکرد موتور احتراق داخلی اشتعال جرقه‌ای برای سوخت­ های بنزین، هیدروژن و متان مدنظر است. برای این منظور ابتدا مدلسازی چندناحیه‌ای موتور برمبنای پیشروی شعله معرفی شده است. سپس پایه‌های مفهومی لازم به­ منظور انجام تحلیل اگزرژی سیستم، با تعریف عبارت اگزرژی و ایجاد معادلات تعادلی اگزرژی مربوطه و به ­کار بردن آن‌ها برای سیستم‌های بسته و حجم کنترل، بنا نهاده شده است. از نتایج این تحقیق مشخص می‌شود که بیشترین سهم بازگشت­ ناپذیری در موتور مربوط به فرآیند احتراق است. همچنین، برای شرایط استوکیومتری می ­توان به درصد اگزرژی منتقل ­شده با کار تقریباً برابر برای هر سه سوخت، بیشترین درصد بازگشت ناپذیری برای بنزین و کمترین درصد بازگشت ناپذیری مربوط به هیدروژن اشاره کرد. بررسی نتایج تحلیل اگزرژی در شرایط کاری مختلف نشان می ­دهد که افزایش دور موتور سبب افزایش انتقال اگزرژی با کار و کاهش انتقال اگزرژی با گرما می­ شود. همچنین، افزایش نسبت توازن سبب افزایش سهم اگزرژی مخلوط درون سیلندر و کاهش سهم بازگشت­ ناپذیری از اگزرژی ورودی می ­شود.