Numerical simulations of dual fuel combustion in a heavy duty compression ignition engine

• Autorzy: Kapusta Ł. J. , Teodorczyk A.

Warianty tytułu

PL

Symulacje numeryczne jednoczesnego spalania dwóch paliw w silniku o zapłonie samoczynnym dużej mocy

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

In this study dual fuel direct injection was studied in terms of utilizing in compression ignition engines gaseous fuels with high octane number which are stored in liquid form, specifically liquid propane. Due to the fact that propane is not as much knock-resistant as natural gas, instead of conventional dual fuel system a system based on simultaneous direct injection of two fuel was selected as the most promissing one. Dual fuel operation was compared with pure diesel operation. The performed simulations showed huge potential of dual fuel system for burning light hydrocarbons in heavy duty compression ignition engines. However, further secondary fuel injection system optimization is required in order to improve atomization and lower the emissions.

PL

W niniejszej pracy przeanalizowano dwupaliwowy układ zasilania oparty na bezpośrednim wtrysku dwóch paliw w kontekście wykorzystania gazowych paliw o dużej liczbie oktanowej, mianowicie propanu, w silnikach o zapłonie samoczynnym. Z uwagi na to, iż propan nie jest tak odporny na spalanie stukowe jak metan, zamiast konwencjonalnego układu dwupaliwowego łączącego wtrysk bezpośredni i pośredni zdecydowano się na zastosowanie koncepcji zasilania opartej na bezpośrednim wtrysku dwóch paliw. Praca silnika w trybie dwupaliwowym została porównana z pracą silnika wyłącznie na oleju napędowym. Przeprowadzone symulacje pokazały duży potencjał układów dwupaliwowych w kontekście wykorzystania lekkich węglowodorów w silnikach o zapłonie samoczynnym dużej mocy. Jednak, dalsza optymalizacja układu paliwowego jest niezbędna, aby poprawić proces rozpylenia paliwa i obniżyć emisję.

Słowa kluczowe

EN

dual fuel; propane; LPG; direct injection; heavy duty engine

PL

silnik dwupaliwowy; propan; LPG; wtrysk bezpośredni; silnik dużej mocy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 54, nr 4
• Strony: 47--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Kapusta Ł. J.

• Faculty of Power and Aeronautical Engineering at Warsaw University of Technology

autor

Teodorczyk A.

• Faculty of Power and Aeronautical Engineering at Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] International Maritime Organization. Resolution MEPC. 251(66). The Marine Environment Protection Committee; 2014.
• [2] Bedoya I.D., Arrieta A.A., Cadavid F.J. Effects of mixing system and pilot fuel quality on diesel-biogas dual fuel engine performance. Bioresour Technol 2009;100:6624–9.
• [3] Sun J., Bittle J.A., Jacobs T.J. Influencing Parameters of Brake Fuel Conversion Efficiency with Diesel/Gasoline Operation in a Medium-Duty Diesel Engine. SAE Paper 2013-01-0273, 2013.
• [4] Sahoo B.B., Sahoo N., Saha U.K. Effect of engine parameters and type of gaseous fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines – A critical review. Renew Sustain Energy Rev 2009;13:1151–84.
• [5] Addy J.M., Bining A., Norton P., Peterson E., Campbell K., Bevillaqua O. Demonstration of Caterpillar C10 dual fuel natural gas engines in commuter buses. SAE Paper 2000-01-1386, 2000.
• [6] White T., Milton B., Behnia M. Direct injection of natural gas/liquid diesel fuel sprays. Proc 15th Australas Fluid Mech Conf 2004.
• [7] Dumitrescu S., Hill P.G., Li G., Ouellette P. Effects of injection changes on efficiency and emissions of a diesel engine fueled by direct injection of natural gas. SAE Paper 2000-01-1805, 2000.
• [8] Mtui P., Hill P. Ignition delay and combustion duration with natural gas fueling of diesel engines. SAE Paper 961933, 1996.
• [9] Laine P. Gas management solutions in oil production. Detail – Wärtsilä Tech J 2009;01:22–6.
• [10] Gong C., Jangi M., Bai X. Understanding the effects of ambient pressure on evaporating diesel spray using large eddy simulation 2013.
• [11] Hanjalić K., Popovac M., Hadžiabdić M. A robust near-wall elliptic-relaxation eddy-viscosity turbulence model for CFD. Int J Heat Fluid Flow 2004;25:1047–51.
• [12] Dukowicz J.K. A particle-fluid numerical model for liquid sprays. J Comput Phys 1980;35:229–53.
• [13] Pilch M., Erdman C. Use of breakup time data and velocity history data to predict the maximum size of stable fragments for acceleration-induced breakup of a liquid drop. Int J Multiph Flow 1987;13:741–57.
• [14] Vujanović M. PhD thesis – Numerical modelling of multiphase flow in combustion of liquid fuel. University of Zagreb, 2010.
• [15] Veynante D., Vervisch L. Turbulent combustion modeling. Prog Energy Combust Sci 2002;28:193–266.
• [16] Zeldovich Y., Frank-Kamenetskii D., Sadovnikov P. Oxidation of nitrogen in combustion. Publ. House of the Acad of Sciences of USSR, 1947.