علائم اختصاری و نشانه‌ها ج‌
فهرست جدول‌ها خ‌
فهرست شکل‌ها د‌
فصل اول (مقدمه و ساختار پایان‌نامه) 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- هدف مطالعه‌ی حاضر. 3
1-3- ساختار کلّی پایان نامه. 4
فصل دوم (معرفی موتورهای احتراق داخلی و مروری بر کارهای گذشته) 5
2-1- مقدمه. 6
2-2- تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی.. 6
2-2-1- چرا موتورهای احتراق اشتعال تراکمی را موتورهای دیزلی می نامند؟. 7
2-3- مقایسه‌ی موتورهای احتراق اشتعال تراکمی (CI) و جرقه‌ای(SI). 7
2-3-2- کاربرد موتورهای دیزل.. 10
2-4- مزایای موتورهای دیزل.. 11
2-5- موتورهای دیزل با پاشش مستقیم (DI) و پاشش غیرمستقیم (IDI). 12
2-6- مراحل کار موتورهای دیزل.. 13
2-7- مروری بر منابع.. 15
2-8- جمع‌بندی.. 19
فصل سوم (مواد و روش‌ها: مدل‌سازی و روش‌های حل مسئله) 21
3-1- مقدمه. 22
3-2- مش بندی.. 22
3-2-1- استقلال از شبکه. 27
3-3- جریان های چند فازی.. 27
3-4- شبیه‌سازی عددی اسپری.. 28
3-5- مشخصه‌های عملکردی موتور. 36
3-5-1- گشتاور و توان.. 37
3-5-2- مصرف سوخت ویژه. 39
3-6- تشکیل دوده(soot) در موتورهای دیزلی.. 40
3-7- بررسی پارامترهای مؤثر در ایجاد آلاینده‌ها 41
3-7-1- اثر جنس سوخت… 41
3-7-2- اثرات طراحی و پارامترهای عملکردی موتور. 43
3-7-3- تأثیر دور موتور، دمای هوای ورودی و میزان پاشش سوخت… 44
3-8- محاسبه‌ی پارامترهای مورد نیاز برای آنالیز قانون اول.. 47
3-9- معرفی چند مدل احتراقی مهم.. 48
3-9-1- مدل EBU (Eddy Breakup) 48
3-9-2- مدل ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zones) 48
3-9-3- مدل PDF (Probability Density Function) 50
3-10- جمع‌بندی.. 51
فصل چهارم (اعتبارسنجی و تحلیل نتایج) 53
4-1- مقدمه. 54
4-2- معرفی موتور مورد بررسی و اعتبارسنجی نتایج.. 54
4-3- شرایط اولیه‌ی شبیه‌سازی.. 55
4-4- بررسی مشخصات عملکردی موتور. 56
4-4-1- گشتاور اندیکه 56
4-4-2- توان مؤثر متوسط اندیکه. 57
4-4-3- مصرف سوخت مخصوص اندیکه. 58
4-5- بررسی آلایندگی موتور. 58
4-5-1- آلاینده‌ی NOx. 59
4-5-2- آلاینده‌ی soot 61
4-6- بررسی منحنی‌های فشار و نرخ گرمای آزادشده. 64
6-4-1- منحنی‌های فشار. 64
4-6-2- منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما 67
4-7- کانتورهای مرتبط… 70
4-7-1- کانتورهای دمایی.. 71
4-7-2- کانتورهای مربوط به نسبت هم‌ارزی.. 72
4-7-3- کانتورهای مربوط به جزء جرمی C13H23 73
فصل پنجم (نتیجه‌گیری و پیشنهادات) 74
5-1- مقدمه. 75
5-2- نتیجه‌گیری.. 75
5-3- پیشنهاد برای کارهای آتی.. 77
فهرست مراجع و مآخذ. 78
 
 
علائم اختصاری و نشانه‌ها
عنوان                                                                                                                             نماد

دینامیک سیالات محاسباتی
CFD
موتورهای احتراق داخلی
ICE
موتور اشتعال تراکمی
CI
موتور اشتعال جرقه‌ای
SI
موتور دیزل پاشش‌مستقیم
 

/>DI
موتور دیزل پاشش غیرمستقیم
IDI
موتور گرمایی
HE
مرحله‌ی تأخیر در اشتعال
ID
نقطه‌ی مکث بالا
TDC
نقطه‌ی مکث پایین
BDC
پس از نقطه‌ی مکث بالا
ATDC
پیش از نقطه‌ی مکث بالا
BTDC
آلاینده‌های نیتروژن اکسید
NOx
آلاینده‌ی دوده‌
Soot
چگالی سیال
 
ویسکوزیته‌ی سیال
 
شتاب گرانش زمین
G
قطر قطرات سوخت پاشش‌شده
SMD
محفظه‌ی احتراق چنبره‌ای
TCC
محفظه‌ی احتراق کروی
HCC
تغییرات زمانی
 
تغییرات در زاویه‌ی میل‌لنگ
 
حجم سیال
VOF
متد قطرات مجزا
DDM
نیروهای وارده
F
نیروی درگ
Fdrag
سرعت سیال
U
جرم ذره‌ی سیال
Md
ضریب درگ
CD
عدد رینولدز
Re
مساحت سطح مقطع ذره
A
اختلاف فشار
 
نیروهای ناشی از میدان
Fib
گرمای ویژه در فشار ثابت
Cp
گرمای نهان تبخیر
L
ضریب انتقال حرارت جابجایی
 
انتقال حرارت
 
شار حرارتی
 
شار جرمی بخار
 
فروپاشی آئرودینامیکی
R
مقیاس طولی توربولانس
 
مقیاس زمانی توربولانس
 
انرژی سینماتیکی توربولانس
K
نرخ اتلاف توربولانس
 
گشتاور
 
گشتاور اندیکه
IT
کار ترمزی
Wb
حجم جابجایی
Vd
فشار مؤثر متوسط ترمزی
Bmep
سرعت گشتاور ترمزی حداکثر
MBT
مساحت سر پیستون
Ap
متوسط سرعت پیستون
Up
مصرف سوخت ویژه
Sfc
بازخورانی گازهای خروجی
EGR
فشار موثر متوسط اندیکه
IMEP
حجم جابجا شده‌ی سیلندر در یک کورس
Vd
ارزش گرمایی پایین سوخت
LHV
 
فهرست جدول‌ها
عنوان                                                                                                                          صفحه
جدول 2- 1: مقایسه‌ی موتورهای احتراق داخلی مختلف از منظر تولید آلاینده‌های منتشره و راندمان. 10
جدول 3- 1: تقسیمات زاویه‌ی میل‌لنگ برای محاسبه‌ی داده‌های محاسباتی.. 24
جدول 3- 2:…………………………………… مقادیر Under Relaxation Factors برای معادلات مختلف.. 26
جدول 3- 3: تعداد و نوع مش‌های مورد استفاده در پژوهش حاضر. 27
جدول 3- 4: تغییرات آلاینده‌ها برحسب تغییرات پارامترهای مختلف موتور و سوخت آن [35] 46
جدول 3- 5: مدل‌های به‌کار رفته 52
جدول 4- 1: مشخصات عملکردی موتور فورد 8/1 لیتر HSDI [36] 54
جدول 4- 2: شرایط اولیه‌ی حاکم بر موتور مورد شبیه‌سازی.. 55
فهرست شکل‌ها
عنوان                                                                                                    صفحه
شکل 2-1: آماده‌سازی مخلوط هوا-سوخت در موتورهای مختلف.. 8
شکل 2-2: تفاوت انجام احتراق در دو موتور احتراق تراکمی، و اشتعال جرقه‌ای   9
شکل 2- 3: تصویری از موتور دیزل پاشش مستقیم (سمت راست) و پاشش‌غیرمستقیم (سمت چپ) [4] 12
شکل 2- 4: نمونه ای از تغییرات فشار برحسب زاویه‌ی میل لنگ در موتور اشتعال تراکمی [5] 14
شکل 2- 5: توزیع مکانی دما و غلظت متان مصرفی در عرض برشی از مقطع سیلندر برای مقادیر مختلف متان پاششی  [17] ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 17
شکل 2- 6: تاثیر زمان‌بندی تزریق سوخت و جرم پاشش‌شده بر روی آلاینده‌های NOx و soot [20] 19
شکل 3- 1: حالات نامطلوب برای سلول‌های یک مش (از راست به چپ): حجم منفی، نرمال منفی و صفحه‌ی پیچ‌خورده …………………………………………………………………………………..23
شکل 3- 2: دامنه‌ی مش‌زنی شده برای محفظه‌ی احتراق. 25
شکل 3- 3: تغییرات گشتاور و توان ترمزی نمونه ای از موتور رفت و برگشتی خودرو سواری [5] 38
شکل 3- 4: هندسه‌های مختلف برای تاج پیستون [34] 44
شکل 3- 5: شماتیک کارکرد مدل ECFM-3Z در موتور دیزل. 49
شکل 4- 1: اعتبارسنجی نتایج عددی با استفاده از نمودار تجربی فشار موجود در منبع [36] 55
شکل 4- 2: نمودارهای گشتاور اندیکه‌ی موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق  56
شکل 4- 3: نمودارهای فشار مؤثر متوسط اندیکه برای موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق. 57
شکل 4- 4: نمودارهای مصرف سوخت مؤثر اندیکه‌ی موتور مورد بررسی بر حسب دمای اولیه‌ی محفظه‌ی احتراق. 58
شکل 4- 5: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 59
شکل 4- 6: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 59
شکل 4- 7: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 60
شکل 4- 8: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 60
شکل 4- 9: نمودارهای NOx در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 61
شکل 4- 10: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 61
شکل 4- 11: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 62
شکل 4- 12: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 62
شکل 4- 13: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 63
شکل 4- 14: نمودارهای soot در جرم سوخت پاشش شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 63
شکل 4- 15: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 64
شکل 4- 16: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 65
شکل 4- 17: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 65
شکل 4- 18: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 66
شکل 4- 19: منحنی‌های فشار در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ… 66
شکل 4- 20: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=31.3 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 67
شکل 4- 21: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=40.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68
شکل 4- 22: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=50.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68
شکل 4- 23: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=60.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69
شکل 4- 24: منحنی‌های نرخ آزادسازی گرما در جرم سوخت پاشش‌شده‌ی m=70.0 mg/cycle بر حسب زاویه‌ی میل‌لنگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69
شکل 4- 25: کانتورهای دمایی مرتبط در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 71
شکل 4- 26: کانتورهای نسبت هم‌ارزی در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 72
شکل 4- 27: کانتورهای جزء جرمی C13H23 در دمای اولیه محفظه‌ی احتراق 600 کلوین.. 73

فصل اول
مقدمه و ساختار پایان‌نامه
1-1- مقدمه
یکی از مشکلات جدی زیست‌محیطی در جوامع امروزی، مشکل آلودگی هواست. از طرفی با گسترش شهرها حجم تولید آلاینده‌های هوا به میزان قابل توجهی در حال افزایش است. شکی نیست که این آلاینده‌ها برای سلامتی انسان و محیط زیست مضر هستند. آلودگی ناشی از موتورهای حرارتی سهم زیادی در این مسئله دارند، اما استفاده از آن‌ها بسیار رایج است و عملاً امکان کنار گذاشتن موتورهای حرارتی از لیست منابع تأمین نیروی لازم برای حرکت وسایل گوناگون، غیر ممکن است.
موتورهای دیزل[1]، به عنوان شکلی از موتورهای حرارتی احتراق داخلی با تولید اکسید های نیتروژن NOx، دوده، ذرات ریز و … از پرکاربردترین منابع آلوده‌کننده‌ی هوا محسوب می‌شوند. تحقیقات و مطالعات تجربی نشان می‌دهد که ایجاد تغییراتی در ساختار سیستم سوخت‌رسانی موتورهای دیزل به میزان قابل توجهی در عملکرد موتور و حجم آلاینده‌های تولیدشده تاثیرگذار است. برای همین سیستم سوخت‌رسانی، و تلاش برای بهبود عملکرد آن، در سال‌های اخیر موضوع بسیاری از مطالعات در زمینه‌ی موتورهای دیزل بوده است.
زندگی بهتر بشر مستلزم بهبود تجهیزات و سیستم­هایی است که از آن­ها استفاده می­کند. با افزایش روزافزون کاربرد موتورها در زمینه­های مختلف صنعتی از جمله خودرو، تحقیقات در این زمینه امری ضروری است. در این میان تحقیق در زمینه‌ی موتورهای احتراق داخلی با توجه به خصوصیات و کاربردهایشان از جایگاه ویژه­ای برخوردار است.
موتورهای احتراق داخلی به دلیل داشتن بازده و قدرت بالا نسبت به وزن و حجم­شان، کاربردهای فراوانی در حمل­ونقل و سایر صنایع دارند؛ که یکی از اصلی­ترین چالش­های پیش رو در استفاده از