Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của chuyển động xoáy đến hiệu suất và phát thải của động cơ CI ở chế độ HCCI
Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering - Tập 37 - Trang 1405-1416 - 2014
Tóm tắt
Một chiến lược đốt cháy đầy hứa hẹn kết hợp những lợi thế của cả hai chế độ đốt cháy SI và CI là chế độ đốt cháy nén đồng nhất (HCCI). Đặc điểm đốt cháy thể tích của một hỗn hợp nhiên liệu pha loãng là lợi thế của chế độ HCCI, dẫn đến phát thải NOx và soot thấp. Trong nghiên cứu này, chế độ đốt cháy HCCI được phân tích để nghiên cứu tác động của chuyển động xoáy của hỗn hợp nhiên liệu vào xylanh đến hiệu suất và phát thải của động cơ bằng cách sử dụng Mô hình Đốt cháy Ngọn lửa Tương đồng Mở rộng Ba Khu vực (ECFM-3Z, Đốt cháy Nén). Nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng ECFM-3Z của STAR-CD dự đoán tốt áp suất trong xylanh, nhiệt độ, thất thoát nhiệt trên tường xylanh, công suất pít-tông và các chất phát thải như CO, CO2 và NOx của động cơ CI trong chế độ HCCI. Mô hình ECFM-3Z cũng đã dự đoán được độ biến thiên của năng lượng động học hỗn loạn và độ lớn vận tốc bên trong xylanh trong quá trình đốt cháy, giúp hiểu rõ hơn về quy trình đốt cháy. Kết quả mô phỏng cho thấy có sự giảm trong áp suất và nhiệt độ cực đại trong xylanh khi độ xoáy tăng lên, đồng thời phát thải CO tăng lên do nhiệt độ giảm, trong khi phát thải CO2 và NOx giảm do nhiệt độ trong xylanh giảm. Đã phát hiện ra rằng có sự đánh đổi giữa phát thải và công suất pít-tông. Mức năng lượng hỗn loạn và độ lớn vận tốc cao hơn được đạt được với sự gia tăng độ xoáy, cho thấy quá trình đốt cháy hiệu quả mà không cần thiết kế buồng đốt đòi hỏi nghiêm ngặt.
Từ khóa
#HCCI #động cơ CI #đốt cháy #phát thải #chuyển động xoáy #mô hình ECFM-3ZTài liệu tham khảo
Epping K, Aceves SM, Bechtold RL, Dec JE (2002) The potential of HCCI combustion for high efficiency and low emissions. SAE Paper No. 2002-01-1923
Karthikeya Sharma T, Amba Prasad Rao G, Madhumurthy G (2012) Combustion analysis of ethanol in HCCI engine. Trends Mech Eng 3(1):1–10
Duclos JM, Zolver M, Baritaud T (1999) 3D modeling of combustion for DI-SI engines. Oil Gas Sci Technol Rev IFP 54(2):259–264
Colin O, Benkenida A (2004) The 3-zone extended coherent flame model (ECFM3Z) for computing premixed/diffusion combustion. Oil Gas Sci Technol Rev IFP 59(6):593–609
Ravet F, Abouri D, Zellat M, Duranti S (2008) Advances in combustion modeling in STAR-CD: validation of ECFM CLE-H model to engine analysis. 18th Int. Multidimensional Engine Users’ Meeting at the SAE Congress—April, 13 2008, Detroit
Subramanian G,Vervish L, Ravet F (2007) New developments in turbulent combustion modeling for engine design: ECFM-CLEH combustion submodel. SAE International—2007-01-0154
Huh KY, Gosman AD (1991) A phenomenological model of diesel spray atomization. Proceedings of International Conference on Multiphase flows (ICMF’91), Tsukuba, 24–27 September
Bai C, Gosman AD (1995) Development of methodology for spray impingement simulation. SAE Technical Paper Series, SAE Paper No. 950283
Reitz RD, Diwakar R (1987) Structure of high-pressure fuel spray. SAE Technical Paper Series, SAE Paper No. 870598
Reitz RD, Diwakar R (1986) Effect of drop breakup on fuel sprays. SAE Technical Paper Series, SAE Paper No. 860649
Angelberger C, Poinsot T, Delhay B (1997) Improving near-wall combustion and wall heat transfer modeling in si enginecomputations. SAE Technical Paper Series 972881, pp. 113–130
Patterson MA, Kong S-C, Hampson GJ, Reitz RD (1994) Modeling the effects of fuel injection characteristics on diesel engine soot and NOx emissions. SAE Paper 940523
Heywood JB (1988) Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill Company, USA
Karlsson A, Magnusson I, Balthasar M, Mauss F (1998) Simulation of soot formation under diesel engine conditions using a detailed kinetic soot model. SAE Technical Paper Series, SAE Paper No. 981022
Moureau V, Lartigue G, Sommerer Y, Angelberger C, Colin O, Poinsot T (2005) Numerical methods for unsteady compressible multi-component reacting flows on fixed and moving grids. J Comput Phys 202–2:710–736
Pasupathy Venkateswaran S, Nagarajan G (2010) Effects of the re-entrant bowl geometry on a DI turbocharged diesel engine performance and emissions—a CFD approach. J Eng Gas Turbines Power 132:12
Zellat M et al. (2005) Towards a universal combustion model in STAR-CD for IC engines: from GDI to HCCI and application to DI Diesel combustion optimization. In: Proceedings of 14th International Multidimensional Engine User’s Meeting, SAE Cong
Bakhshan Y et al. (2011) Multi-dimensional simulation of n-heptane combustion under hcci engine condition using detailed chemical kinetics. J Engine Res, vol. 22/Spring
Ganesh D, Nagarajan G (2010) Homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion of diesel fuel with external mixture formation. Energy 35(1):148–157
Viggiano A, Magi V (2012) A comprehensive investigation on the emissions of ethanol HCCI engines. Appl Energy 93:277–287
Sjöberg M et al. (2002) GDI HCCI: Effects of injection timing and air swirl on fuel stratification, combustion and emissions formation. No. 2002-01-0106. SAE Technical Paper
Zhu Y, Hua Z, Ladommatos N (2003) Computational study of the effects of injection timing, EGR and swirl ratio on a HSDI multi-injection diesel engine emission and performance. No. 2003-01-0346. SAE Technical Paper
Yongxian G, Mayor JR, Dahm WJA (2006) Turbulence-augmented minimization of combustion time in mesoscale internal combustion engines. 44th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit, AIAA-2006-1350
Chmela, FG, Gerhard CO (1999) Rate of heat release prediction for direct injection diesel engines based on purely mixing controlled combustion. No. 1999-01-018, SAE Technical Paper
Krishna BM, Mallikarjuna JM (2011) Effect of engine speed on in-cylinder tumble flows in a motored internal combustion engine—an experimental investigation using particle image velocimetry. J Appl Fluid Mech 4(1):1–14
Goryntsev D et al (2009) Large eddy simulation based analysis of the effects of cycle-to-cycle variations on air–fuel mixing in realistic DISI IC-engines. Proc Combust Inst 32(2):2759–2766