Analiza numeryczna cyklu roboczego silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaniną oleju napędowego i roślinnego

• Autorzy: Szpica D. , Czaban J. , Weresa E. , Banaszuk P.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of the operation cycle of compression-ignition engine fed with PVO-diesel mixture

• Konferencja: International Congress on Combustion Engines (5 ; 24-26.06.2013 ; Bielsko-Biala, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zasilanie silników wysokoprężnych olejami pochodzenia roślinnego jest zagadnieniem analizowanym od samego początku istnienia tego rodzaju źródła napędu. Nabiera szczególnej wagi w czasie decentralizacji produkcji paliwa do zastosowań transportowych. Ciągły rozwój możliwości oprogramowania służącego modelowaniu procesów zachodzących w obrębie cylindra silnika pozwala na szybszą analizę istotnych wskaźników pracy, na podstawie których możliwa będzie docelowa adaptacja współczesnych konstrukcji do zasilania olejem roślinnym. Przeprowadzono obliczenia numeryczne cyklu roboczego silnika w oprogramowaniu wykorzystującym metodę objętości skończonych w numerycznej mechanice płynów. Analizie poddano mieszaniny o różnym składzie procentowym olej napędowy / olej roślinny. Sterowano parametrami układu zasilania paliwem i powietrzem, tj. kąt wtrysku, ciśnienie zasilania paliwem i powietrzem w celu zbliżenia wskaźników roboczych do poziomu zasilania olejem napędowym, które uznano za wyjściowe. Tego typu działanie miało na celu opracowanie wytycznych procesu adaptacji wybranego typu silnika do zasilania domieszką biokomponentu w postaci czystego oleju roślinnego.

EN

The idea of the use of pure vegetable oil (PVO) for combustion in compression-ignition engines attracted scientific attention from the very beginning of engines of that type. Nowadays, a possibility of the decentralised production of fuel for transportation/mobility sector has triggered a growing interest in PVO. Modern software is a powerful research tool for modelling processes within an engine's cylinder. It enables an analysis of the crucial operating parameters of the engine and consequently the prediction of further modification needed to optimise the work performance. We conducted numerical simulations using the Computational Fluid Dynamics (CFD) to analyse engine's operation under various configurations and fuel properties: injection angle, a compression rate of fuel and air, different mixture proportions of PVO with conventional diesel, to obtain characteristics compared to the reference (diesel) combustion. The results are crucial for future modification of selected engine type for the use of PVO as alternative fuel or biocomponent.

Słowa kluczowe

PL

silnik spalinowy; paliwa alternatywne; olej rzepakowy; badania symulacyjne

EN

vehicle drive system; dual mass flywheel; research

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 54, nr 3
• Strony: 548--555
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., pełen tekst na CD

Twórcy

autor

Szpica D.

• Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej

autor

Czaban J.

• Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej

autor

Weresa E.

• Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej

autor

Banaszuk P.

• Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Białostockiej

Bibliografia

• [1] Allen C.M., Toulson E., Hung D.L.S., Schock H., Miller D., Lee T.: Ignition characteristics of diesel and canola biodiesel sprays in the low-temperature combustion regime. Energ Fuel vol. 25, No. 7, pp. 2896–2908, 2011. doi: 10.1021/ef2005332.
• [2] Ansys 15 Manuals.
• [3] Atmanli A., Ileri E., Yüksel B.: Experimental investigation of engine performance and exhaust emissions of a diesel engine fueled with diesel–n-butanol–vegetable oil blends. Energ Convers Manage vol. 81, pp. 312–321, 2014.http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.02.049.
• [4] Bhimani S.M., Alvarado J.L., Annamalai K., Marsh Ch.: Emission characteristics of methanol-in-canola oil emulsions in a combustion chamber. Fuel vol. 113, pp. 97–106, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2013.04.083.
• [5] Bocheński C.I., Bocheńska A.M.: Badania właściwości mieszaniny oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego. Motrol. Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa t. 7, s. 24-34, 2005.
• [6] Bocheński C.I., Bocheńska A.M.: Olej rzepakowy paliwem do silników diesla. Czasopismo Techniczne z. 8-M, s. 133-142. Wyd. Politechniki Krakowskiej. 2008. ISSN 0011-4561.
• [7] Bocheński C.I., Warsicki K., Bocheńska A.M.: Comparison of process of stream creation and diesel oil and rape oil esters combustion in the research combustion chamber at single – and diphause fuel injection, Journal of KONES Internal Combustion Engines vol. 12, No. 3-4, pp. 33-42, 2005.
• [8] Cisek J., Mruk A.: Właściwości silnika ZS zasilanego naturalnym olejem rzepakowym. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej nr 1(87), s. 5-16. Politechnika Warszawska 2012.
• [9] Cisek J.: Wizualizacja wtrysku i spalania paliw rzepakowych w silniku wysokoprężnym. Motrol. Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa t. 7, s. 69-75, 2005.
• [10] Delacourt E., Desmet B., Besson B.: Characterisation of very high pressure diesel sprays using digital imaging techniques. Fuel vol. 84, pp. 859–867, 2005. doi:10.1016/j.fuel.2004.12.003.
• [11] Dzieniszewski G., Piekarski W.: The select problems of feeding diesel engines with low-processed rape oil, Eksploatacja i Niezawodność vol. 3, pp. 58-65, 2006.
• [12] Erazo J.A., Parthasarathy R., Gollahalli S.: Atomization and combustion of canola methyl ester biofuel spray. Fuel vol. 89, pp. 3735–3741, 2010. doi:10.1016/j.fuel.2010.07.022.
• [13] Gao Y., Deng J., Li Ch., Dang F., Liao Z., Wu Z., Li L.: Experimental study of the spray characteristics of biodiesel based on inedible oil. Biotechol. Adv. vol. 27, pp. 616–624, 2009. doi:10.1016/j.biotechadv.2009.04.022.
• [14] Govindan R., Jakhar O.P., Mathur Y.B.: Computational Analysis of Thumba Biodiesel-Diesel Blends Combustion in CI Engine Using Ansys- Fluent. International Journal of Computer & Mathematical Sciences (IJCMS) vol. 3, No. 8, 2014.
• [15] Gumus M., Sayin C., Canakci M.: The impact of fuel injection pressure on the exhaust emissions of a direct injection diesel engine fueled with biodiesel–diesel fuel blends. Fuel vol. 95, pp. 486–494, 2012. doi:10.1016/j.fuel.2011.11.020.
• [16] Hull A., Golubkov I., Kronbergand B., van Stam J.: Alternative fuel for a standard diesel engine. Int J Engine Res vol. 7, pp. 51–63, 2006.
• [17] Kim H.J., Park SH., Lee Ch.S: A study on the macroscopic spray behavior and atomization characteristics of biodiesel and dimethyl ether sprays under increased ambient pressure. Fuel Process. Technol. vol. 91, pp. 354–363, 2010. doi:10.1016/j.fuproc.2009.11.007.
• [18] Kruczyński S.W., Orliński P., Orliński S.: Wpływ zasilania silnika rolniczego mieszaninami olejów roślinnych z olejem napędowym na wybrane wskaźniki operacyjne jego pracy. Zeszyty Naukowe IP PW nr 87, s. 69-74, 2012.
• [19] Ozsezen A.N., Canakci M.: Determination of performance and combustion characteristics of a diesel engine fueled with canola and waste palm oil methyl esters. Energ Convers Manage vol. 52, pp. 108–116, 2011. doi:10.1016/j.enconman.2010.06.049.
• [20] Öztürk E.: Performance, emissions, combustion and injection characteristics of a diesel engine fuelled with canola oil–hazelnut soapstock biodiesel mixture. Fuel Process Technol. vol. 129, pp. 183–191, 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.09.016.
• [21] Park S.H., Kim H.J., Suh H.K., Lee Ch.S.: Experimental and numerical analysis of spray-atomization characteristics of biodiesel fuel in various fuel and ambient temperatures conditions. Int. J. Heat Fluid Flow vol. 30, pp. 960–970, 2009. doi:10.1016/j.ijheatfluidflow.2009.04.003.
• [22] Pasyniuk P., Golimowski W.: Effect of rapeseed oil on the parameters of a diesel engine of John Deere tractor, model 6830. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering vol. 56, No. 2, 118-121, 2011.
• [23] Payri F., Benajes J., Margot X., Gil A.: CFD modeling of the in-cylinder flow in direct-injection Diesel engines. Comput Fluids vol. 33, pp. 995–1021, 2004. doi:10.1016/j.compfluid.2003.09.003.
• [24] Perkins Data.
• [25] Rawski F., Szpica D.: Symulacyjne metody badań układów dolotowych tłokowych silników spalinowych. Przegląd Mechaniczny nr 2, s.14-19, 2005.
• [26] Roy M.M., Wang W., Bujold J.: Biodiesel production and comparison of emissions of a DI diesel engine fueled by biodiesel–diesel and canola oil–diesel blends at high idling operations. Appl Energ vol. 106, pp. 198–208, 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.01.057.
• [27] Sayin C., Gumus M., Canakci M.: Effect of fuel injection pressure on the injection, combustion and performance characteristics of a DI diesel engine fueled with canola oil methyl esters-diesel fuel blends. Biomass Bioenerg vol. 46, pp. 435-446, 2012. http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.07.016.
• [28] Smits J.J.M.: Modeling of a fluid flow in an internal combustion engine. Report number WVT 2006.22. Eindhoven University of Technology, Department of Mechanical Engineering, Division Thermo Fluids Engineering, Section Combustion Technology 2006.
• [29] Som S., Longman D.E., Ramirez A.I., Aggarwal S.K.: A comparison of injector flow and spray characteristics of biodiesel with petrodiesel. Fuel vol. 89, pp. 4014–4024, 2010. doi:10.1016/j.fuel.2010.05.004.
• [30] Szlachta Z., Dudek S.: The biofueling agricultural vehicle engines, MOTROL - Motorization and Power Industry in Agriculture vol. 5, pp. 192-200, 2003.
• [31] Szpica D, Czaban J., Weresa E., Banaszuk P.: The diesel and the vegetable oil properties assessment in terms of pumping capability and cooperation with internal combustion engine fuelling system. Acta Mechanica et Automatica vol. 9, No. 1(31), pp. 18-18, 2015. doi: 10.1515/ama-2015-0003.
• [32] Tat M.E., Van Gerpen J.H., Wang P.S.: Fuel property effects on injection timing, ignition timing, and oxides of nitrogen emissions from biodiesel-fueled engines. Trans ASABE vol. 50, pp. 1123–8, 2007.
• [33] Varol Y., Oztop H.F., Firat M., Koca A.: CFD modeling of heat transfer and fluid flow inside a pent-roof type combustion chamber using dynamic model. Int Commun Heat Mass vol. 37, pp. 1366–1375, 2010. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2010.07.003.
• [34] Wang X., Huang Z., Kuti O.A., Zhang W., Nishida K.: Experimental and analytical study on biodiesel and diesel spray characteristics under ultra-high injection pressure. Int. J. Heat Fluid Flow vol. 31, pp. 659–666, 2010. doi:10.1016/j.ijheatfluidflow.2010.03.006.
• [35] Yoon S.K., Kim M.S., Kim H.J., Choi N.J.: Effects of canola oil biodiesel fuel blends on combustion, performance, and emissions reduction in a common rail diesel engine. Energies vol. 7, pp. 8132-8149, 2014. doi:10.3390/en7128132.