بررسی اثر افزودن گاز هیدروژن بر عملکرد موتور احتراق داخلی با سوخت گاز طبیعی و بدست آوردن زمان جرقه مناسب برای نقطه بهینه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود ، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در این مقاله به بررسی اثر افزودن هیدروژن به موتور گازسوز د 87 پرداخته می‌شود. توان خروجی موتور پایه دیزل 1000 کیلووات و سرعت موتور آن 1500 دور در دقیقه است که برای تبدیل آن به موتور گازسوز نیازمند  ایجاد تغییراتی در موتور پایه از جمله تغییر سامانه پاشش و کاهش نسبت تراکم از 15 به 5/11می‌باشد. هیدروژن به‌عنوان یکی از بهترین افزودنی­ها، می­تواند مصرف سوخت و آلاینده‌های مضر را در موتورهای احتراق داخلی به مقدار زیادی کاهش دهد. به همین منظور در این مقاله اثر افزودن نسبت‌های جرمی مختلف سوخت هیدروژن به گاز طبیعی جهت مشاهده تغییر رفتار موتور مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش نسبت جرمی هیدروژن از 0 به 002/0 تا 014/0 که معادل اضافه نمودن 50% انرژی به داخل محفظه است، اعمال شده و با بررسی جوانب مختلف عملکردی و آلایندگی، نقطه بهینه تعیین می‌شود. با در نظر گرفتن این دو دیدگاه، نسبت جرمی 006/0 هیدروژن که معادل با اضافه نمودن 18% انرژی به داخل محفظه احتراق می‌باشد، به‌عنوان نقطه بهینه برای این موتور تعیین می‌شود. پس از آن، زمان مناسب برای نقطه بهینه موتور که معادل با نسبت جرمی 006/0 می‌باشد، تعیین می‌گردد و با توجه به نتایج به دست آمده 3 درجه پس انداختن زمان جرقه با توجه به شرایط موتور، مناسب برای این نسبت جرمی هیدروژن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Verhelst S., Woolley R., Lawes M., Sierens R., Laminar and unstable burning velocities and Markstein lengths of hydrogen–air mixtures at engine-like conditions. Proceedings of the Combustion Inst., Vol. 30, No. 1, pp. 209-216, 2005.
[2] Mohammadi A., Shioji M., Yasuyuki N., Ishikura W., Eizo T., Performance and combustion characteristics of a direct injection SI hydrogen engine. Int Journal Hydrogen Energy, Vol. 32, No. 2, pp. 296-304, 2007.
[3] Heffel J.W., NOx emission and performance data for a hydrogen fuelled internal combustion engine at 1500 rpm using exhaust gas recirculation. Int Journal Hydrogen Energy, Vol. 28, No. 8, pp. 901-908, 2003.
[4] Dulger Z.. Numerical modeling of heat release and flame propagation for methane fueled internal combustion engines with hydrogen addition. PhD thesis, University of Miami, 1991.
[5] Swain M.R., Yusuf M.J., Dulger Z., The edicts of hydrogen addition on natural gas engine operation. SAE paper 932775, 1993.
[6] Yusuf. M.J. Lean Burn natural gas fueled engines: engine modi1cation versus hydrogen blending.PhD thesis, University of Miami, 1993.
[7]  Larsen J.F., Wallace J.S., Comparison of emissions and efficiency of a turbocharged lean-burn natural gas and hythane-fueled engine. Journal Eng Gas Turbines Power, Vol. 119, No. 1, pp. 218-26, 1997.
[8] Raman V.,.Hansel J., Fulton J., Lynch F., Bruderly D.,  Hythane an ultraclean transport fuel. Proceedings, 10th World hydrogen Energy Conference, Cocoa Beach, USA, June 20–24, 1994. pp. 1797–806.
[9] Das LM. Utilization of hydrogen-cng blends in internal combustion engine, 11th World Hydrogen Energy Conference, Stuttgart, Germany, June 23–28,. pp. 1513–35, 1996.
[10] Das L.M., Gulati R., Gupta P.K., A comparative evaluation of the performance characteristics of a spark ignition engine using hydrogenand compressed natural gas as alternative fuels. Int J. Hydrogen Energy, Vol. 25, No. 8, pp. 783-793, 2000.
[11] Shudo T., Shimamura K., Nakajima Y., Combustion and emissions in a methane DI strati1ed charge engine with hydrogen pre-mixing. JSAE Rev; 21:3 –7, 2000.
[12] Wang J ,Huan Z. , Fang Y, Liu B, Zeng K. , Miao H, Jiang D. , Combustion behaviors of a direct-injection engine operating on various fractions of natural gas–hydrogen blends. Int. Journal of Hydrogen Energy, Vol. 25, No. 15, pp. 3555-3564, 2007.
[13] Hu E., Huang Z., Liu B., Zheng J., Gu,X. , Experimental investigation on performance and emissions of a spark-ignition engine fuelled with natural gas–hydrogen blends combined with EGR. Int. journal of Hydrogen energy, Vol. 34, No. 1, pp. 528-529, 2009.
[14] Rakopoulosb C.D., Scotta M.A., Kyritsisa D.C., Giakoumis E.G., Availability analysis of hydrogen/natural gas blends combustion in internal combustion engines. Energy, Vol. 33, No. 2, pp. 248-255, 2006.
[15] AVL FIRE CFD Solver V. 8.3, 2008.
[16]  AVL FIRE Combustion V. 8.3, 2008
[17] Iran heavy Diesel engine Co. (DESA).