در این مقاله به بررسی چگونگی مدلسازی احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای جهت حصول مقادیر جرمی هر یک از آلاینده ها پرداخته شده است. بر مبنای مدلهای ریاضی موجود برای احتراق در سیکل اتو (موتورهای بنزینی) و ساده سازی آنها یک کد کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. این کد قابلیت مدلسازی سیکل موتور را دارد که در این سیکل احتراق نیز مدل شده است و درصد جرمی هر یک از محصولات واکنش شیمیایی احتراق قابل دستیابی است. این کد کامپیوتری با استفاده از نتایج حاصل از تست برای یک موتور خاص صحه گذاری شده و بخشی از سایر نتایج قابل حصول از این مدل و کد کامپیوتری ارائه شده اند.
واژه های کلیدی: احتراق - موتورهای اشتعال جرقه ای - ثابت تعادل - آلاینده
برخی از محصولاتی که در اثر واکنش شیمیایی یک سوخت هیدروکربنی تولید میشوند اثر نامطلوبی بر محیط زیست
می گذارند و به عنوان آلاینده به شمار میروند. نقش ترکیب شیمیایی سوخت و مکانیزم آن در میزان آلودگی غیرقابل انکار است. مهمترین آلایندههای حاصل از گازهای خروجی از اگزوز موتورهای اشتعال جرقهای شامل اکسید نیتروژن () و به مقدار خیلی کم دی اکسید نیتروژن () که همگی به نام معروفند، مونواکسید کربن ()، ترکیبات آلی و ذرات معلق، وابستگی زیادی به فرآیند احتراق سوخت دارند. در نتیجه شناخت چگونگی تشکیل چنین آلایندههائی نیاز به علم شیمی احتراق دارد. فرآیندهائی که در موتورهای اشتعال جرقهای باعث تشکیل آلایندهها میشوند، در شکل (1) نشان داده شده است. در این شکل، شمایی از اتاق احتراق در چهار مرحله از عملکرد موتور که شامل تراکم، احتراق، انبساط و خروج دود میباشد، نشان داده شده است. اکسید نیتروژن از واکنش بین اکسیژن و نیتروژن در دماهای بالا تشکیل میشود و بررسیها و تحقیقات نشان میدهند که مقدار گازهای باقیمانده سیلندر در شروع فرآیند تراکم، روی آلایندههای اکسید نیتروژن اثر میگذارند و با بازگردانی گازهای خروجی از سیلندر، این آلایندهها کاهش مییابند. به طور کیفی هیدروکربنهای نسوخته در دو مقدار نوک، یعنی در آغاز و انتهای فرآیند تخلیه، سیلندر را ترک میکنند. در هر حال میتوان با طراحی مناسب سیستم ورود و خروج، آلایندههای خروجی را کنترل کرد.
جهت مدلسازی و حصول میزان آلاینده های گوناگون در موتورهای اشتعال جرقه ای بیشتر از مدل احتراق آدیاباتیک حجم ثابت استفاده می شود. این مدل به سبب همگون بودن با سیکل ایده آل و حقیقی اتو کاربردی و نتایج آن قابل استناد است. در این مدل فرض می شود که احتراق در حجم ثابت صورت می گیرد
- مدل ریاضی آلایندهها
جهت بدست آوردن میزان آلاینده ها از یک کدکامپیوتری استفاده خواهد شد. این کد بر مبنای مدلهای ریاضی مختلفی استوار است و نتایج آن با تست یک موتور واقعی صحه گذاری شده است. بدلیل جلوگیری از طولانی شدن بحث از مدلهای بکاررفته برای مشابه سازی سیکل اتو صرفنظر کرده و تنها به روابط مدلهای ریاضی مشابه سازی احتراق می پردازیم.
برای محاسبه آلایندهها و اجزاء حاصل از فرآیند احتراق، نیاز به دانستن معادله شیمیایی احتراق و تعیین ثابتهای تعادل واکنش داریم. در این بخش معادله شیمیایی احتراق بیان شده و روش حل دستگاه معادلات برای تعیین 12 گونه از محصولات احتراقی بیان میشود. جهت پرهیز از طولانی شدن بحث از توضیح در مورد روشهای بدست آوردن ثابتهای تعادل صرفنظر میشود. علاقمندان میتوانند به مراجع مراجعه نمایند [2].
2-1- معادله شیمیایی احتراق
با در نظر گرفتن دوازده گونه برای محصولات حاصل از احتراق یک سوخت هیدروکربنی نمونه واکنش شیمیایی احتراق به شکل زیر نوشته میشود:
(1)
که نسبت مولی آرگون به اکسیژن، نسبت مولی نیتروژن به اکسیژن و نسبت هم ارزی میباشد و از رابطه (2) بدست میآید.
(2)
برای بدست آوردن در معادله واکنش شیمیایی (1) نیاز به دوازده معادله است تا با حل همزمان آنها بتوان ضرائب را بدست آورد. از موازنه اتمهای پنج عنصر کربن (C)، هیدروژن (H)، اکسیژن (O) ،
شامل 14 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق مدلسازی احتراق و بررسی آلاینده ها و محصولات واکنش احتراقی در موتورهای اشتعال جرقه ای
