توصيفگر ها :
احتراق چينه اي , هيدروژن , موتورهاي احتراق هيدروژني , نرم افزار GT-Suite , مدل Si-Turb
چكيده فارسي :
قوانين انتشار كربن و استانداردهاي روزافزون سختگيرانه آلايندگي براي وسايلنقليه در سراسر جهان فشار زيادي بر توليدكنندگان اعمال كردهاست تا وسائل نقليه با انتشار كربن كمتر را توسعه دهند و به¬فكر جايگزين كردن آنها باشند. از طرف ديگر، كمبود منابع ليتيوم در دنيا و نبود زيرساختهاي توليد خودروهاي الكتريكي در بيشتر كشورها، از جمله كشور عزيزمان ايران، دنيا را بهسمت توسعه موتورهاي هيدروژني سوق داده است. همچنين خودروهاي پيل¬سوختي بدليل نبود زيرساخت صنعتي و زياد بودن هزينه توليد، به گزينه غير جذاب براي جايگزيني خودروهاي بنزيني تبديل شده¬است. موتور احتراق هيدروژني بدليل وجود زيرساخت صنعتي، منابع گسترده توليد هيدروژن و هزينه توليد كم، گزينه جذابي براي ورود به دنيايي بدون كربن است. استفاده از تكنولوژي مخلوط چينه¬اي، از ديرباز در موتورهاي ديزلي استفادهشده است و در چند دهه اخير، بدليل مزاياي استفاده از مخلوط چينه¬اي مانند، كاهش مصرف سوخت، افزايش بازده، كاهش آلاينده¬ها و راه¬اندازي سرد بهتر، از اين روش بهعنوان فناوري پاشش در موتورهاي بنزيني نيز استفاده شده¬است. در اين تحقيق استفاده از روش مخلوط چينه¬اي براي موتورهاي احتراق هيدروژني مورد بررسي قرار گرفته است. براي شبيهسازي موتور از نرمافزار تجاري GT-SUITE و براي شبيهسازي مدل احتراقي، از مدل SI-TURB استفاده شده-است. به منظور اطمينان از صحت شبيه¬سازي، مدل شبيه¬سازي شده با دو تحقيق آزمايشگاهي و شبيهسازي يك¬بعدي، صحهگذاري شدهاست. براي بررسي حالات و شدت چينه¬اي شدن مخلوط سوخت و هوا، از توابع خطي، درجه 2، درجه 3، نمايي طبيعي و لگاريتم طبيعي براي تعيين توزيع سوخت و هوا در موتور، استفادهشده است. طبق نتايج شبيهسازي، استفاده از مخلوط چينه¬اي علاوهبر اينكه سرعت شعله را 7 تا 27% افزايش ميدهد، مدت زمان احتراق را 14 تا 37% در نسبت همارزيهاي متفاوت، كاهش ميدهد. به¬علاوه نتايج نشان داد، مخلوط چينه¬اي بازده انديكاتوري موتور را 4 تا 18.5% افزايش مي¬دهد. طبق نتايج مشخص شد كه در مخلوط¬هاي استوكيومتريك، استفاده از توابع با تغييرات شديد مانند درجه 2 و درجه3 مناسبتر بوده و در نسبت همارزيهاي رقيق، توابع خطي، نمايي و لگاريتمي، توزيع¬هاي مناسبتري هستند.
چكيده انگليسي :
Stringent carbon emission regulations and increasingly strict pollution standards for vehicles worldwide have exerted considerable pressure on manufacturers to develop vehicles with lower carbon emissions and to consider alternatives. Additionally, the concerning release of carbon dioxide (CO₂) and global warming have compelled governments and policymakers to establish strict laws and sign commitments aimed at controlling CO₂ emissions. On the other hand, the global shortage of lithium resources and the lack of electric vehicle (EV) manufacturing infrastructure in many countries, are pushing the world toward the development of hydrogen engines. Furthermore, fuel cell vehicles have become less attractive as alternatives to gasoline vehicles due to the lack of industrial infrastructure and high production costs. Hydrogen internal combustion engines, owing to the presence of industrial infrastructure, extensive hydrogen production resources, and low manufacturing costs, present an appealing option for entering a zero-carbon world. The use of stratified charge technology has long been employed in diesel engines, and in recent decades, it has gained popularity in gasoline engines due to benefits such as reduced fuel consumption, increased efficiency, decreased emissions, and better cold start performance. This technology has been explored for use in hydrogen engines in this study. For engine simulation, the software GT-SUITE was used, and a combustion model called SI-TURB was applied. To ensure the accuracy of the simulations, the modeled simulation was validated against both experimental data and one-dimensional simulations. Various stratified charge intensities and conditions were examined using different functions, including linear, quadratic, cubic, exponential, and natural logarithm functions. According to the simulation results, the stratified charge not only increases flame speed but also reduces the combustion duration by approximately 5% to 20% across different equivalence ratios. Furthermore, results indicated that stratified charge reduces the likelihood of knocking by up to 5%, allowing for earlier ignition timing and higher torque output. Additionally, it was found that, at stoichiometric ratios, functions with sharp variations such as quadratic and cubic are more suitable, while in diluted ratios, linear, exponential, and logarithmic functions are more appropriate.