موتورهاي هيدروژني Hydrogen Internal Combustion Engine، مهندسي مکانیک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

موتورهای هیدروژنی Hydrogen Internal Combustion Engine، مهندسی مکانیک

عنوان: موتورهای هیدروژنی Hydrogen Internal Combustion Engine، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک 

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۳

شامل فایل پاورپوینت ppt در ۲۷ اسلاید

اهداف
– خصوصیات احتراقی هیدروژن که مربوط می شود به استفاده اش به عنوان یک سوخت احتراقی.
– نسبت هوا به سوخت مخلوطهای هیدروژن و چگونگی مقایسه آن با دیگر سوخت ها.
– انواع مشکلات خود اشتعالی که در موتورهای هیدروژنی اتفاق می افتد.
– انواع سیستم های جرقه که ممکن است با موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی استفاده شود.
– نتایج تهویه محفظه لنگ که به هیدروژن مورد استفاده در یک موتور احتراق داخلی وابسته است.
– بازده حرارتی موتور هیدروژنی.
– انواع آلودگی هایی که با موتور هیدروژنی همراه هستند.
– قدرت خروجی موتور هیدروژنی.
– تاثیر مخلوط شدن هیدروژن با دیگر سوخت های هیدروکربوری.

خصوصیات احتراقی هیدروژن
• محدوده وسیع قابلیت احتراق
• انرژی مشتعل شدن کم
• ضخامت کم لایه خاموش شدن(quench )
• دمای خودسوزی بالا (اکتان زیاد )
• سرعت سوختن زیاد در نسبت استوکیو متریک
• ضریب پخش زیاد
• چگالی خیلی کم

• محدوده وسیع قابلیت اشتعال
هیدروژن در مقایسه با دیگر سوخت ها محدوده وسیعی در قابلیت اشتعال دارد . یعنی موتور میتواند در نسبت های مختلفی از مخلوطهای هوا به سوخت کار کند. یک مزیت مهم آناین است که هیدرژن می تواند در یک مخلوط رقیق هم روشن باشد. این همان علت آن ست که موتور هیدروژنی واقعا به آسانی روشن می شود.
• انرژی مشتعل شدن کم
هیدروژن انرژی مشتعل شدن کمی دارد. میزان انرژی مورد احتیاج برای مشتعل شدن هیدروژن حدودا یک مرتبه بزرگی کمتر از بنزین است. این موتور هیدروژنی را توانا می کند تا در مخلوطهای رقیق روشن شود و روشن شدن سریع را اطمینان دهد.
• ضخامت کم لایه خاموش شدن(quench )
هیدروژن ضخامت لایه خاموش شدن کمی دارد ،کمتر از بنزین. در نتیجه ، شعله های هیدروژن نسبت به سوخت های دیگر قبل از اینکه خاموش شوند به دیواره سیلندر نزدیکتر می شوند. بنابراین یک شعله هیدروژن سخت تر از بنزین خاموش می شود.
• دمای خودسوزی بالا (اکتان زیاد )
هیدروژن دمای خود سوزی نسبتا بالایی دارد. این وقتی مخلوط سوخت و هوا فشرده می شود مهنی خیلی مهمی دارد . در واقع ، دمای خود سوزی یک فاکتور مهم در تعیین نسبت تراکمی که موتور میتواند استفاده کند است ، چون میزان بالا رفتن دما هنگام تراکم به نسبت تراکم مربوط می شود.
• سرعت سوختن زیاد در نسبت استوکیو متریک
تحت شرایط استوکیو متریک، سرعت سوختن هیدروژن تقریبا یک مرتبه بزرگی بزرگتر از بنزین است . این به این معنی است که موتورهای هیدروژنی به سیکل ایده آل ترمودینامیکی نزدیکتر هستند . در مخلوطهای رقیق تر ، هر چند ، سرعت شعله به طور چشمگیری کم می شود.
• ضریب پخش زیاد
این توانایی پراکنده شدن در هوا به طور قابل توجهی بزرگتر از بنزین است و این مزیت است ، به دو دلیل اصلی: اولا ، آن تشکیل تشکیل مخلوط یکنواخت را آسان می کند. ثانیا، اگر نشتی هیدروژن اتفاق بیفتد ، هیدروژن به سرعت پراکنده می شود . از این رو ، خطر انفجار می تواند کم یا جلوگیری شود .
• چگالی خیلی کم
این دو عیب را در موقعی که در موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود بوجود می آید: اولا ، حجم زیادی برای ذخیره سازی هیدروژن کافی نیاز است تا به خودرو محدوده لازم حرکت را بدهد. ثانیا ، چگالی انرژی مخلوط هیدروژن-هوا ، و بنابراین قدرت خروجی کم می شود .

نسبت هوا به سوخت
محاسبات نشان می دهد که نسبت شیمیایی یا استوکیو متریک هوا به سوخت برای احتراق کامل هیدروژن در هوا از نظر جرمی حدود ۳۴:۱ است . این خیلی بزرگتر از نسبت هوا به سوخت بنزین ( ۱۴٫۷:۱) است.
چون هیدروژن در شرایط معمولی گازی است ، از یک سوخت مایع فضای بیشتری در اتاقک احتراق اشغال می کند . در نتیجه فضای کمتری از اتاقک احتراق می تواند توسط هوا پر شود . در شرایط استوکیومتریک ، هیدروژن حدودا ۳۰% فضای اتاقک احتراق را می گیرد. در مقایسه ، بنزین حدودا ۱ تا ۲ درصد است . شکل زیر حجم های مختلف را برای اتاقک احتراق و انرژی را برای موتورهای بنزینی و هیدروژنی مقایسه می کند.

مشکل احتراق پیش رس و راه حل آن
مشکل اولیه که در تکمیل عملکرد موتورهای هیدروژنی با آن برخورد می شود ، احتراق پیش رس است . این مشکل در موتورهای هیدروژنی که احتراق جرقه ای هستند بسیار بزرگتر از موتورهای احتراق تراکمی هیدروژنی است ، به دلایل : انرژی مشتعل شدن کم و محدوده وسیعتر قابلیت اشتعال و کم بودن ضخامت لایه خاموش شدن هیدروژن .
احتراق پیش رس وقتی اتفاق می افتد که مخلوط در اتاقک احتراق قبل از روشن شدن بوسیله شمع ، روشن شود . و روشن شدن سخت موتور را در یک بازدهی منفی منتج شود . شرایط بازگشت شعله به منیفولد ورودی ( backfire ) نیز میتواند ایجاد شود ، اگر ، احتراق پیش رس نزدیک سوپاپ ورودی اتفاق بیفتد و شعله حاصل در داخل سیستم مکش برگردد.
یک تعدا از مطالعات در جهت تعیین علت احتراق پیش رس در موتورهای هیدروژنی بودهاند. بعضی از نتایج اشاره می کنند که احتراق پیش رس بوسیله نقاط داغ در اتاقک احتراق ناشی می شود ، مثل روی یک شمع یا سوپاپ خروجی یا روی رسوبات کربن . مطالعات دوباره نشان داده اند که برگشت شعله میتواند وقتی که حالت قیچی کردن سوپاپ هاست ( overlap) اتفاق بیفتد.
همچنین این باور است که تفکافت (pyrolysis) ( تغییر شیمیایی بوسیله حرارت ) روغن که در اتاقک احتراق یا در درز های ، درست بالای رینگ بالایی معلق می شوند می توانند به احتراق پیش رس کمک کنند. این روغن تفکافت شده می تواند از طریق دمیدن از محفظه لنگ از طریق راهنمای وسوپاپ و یا از سیستم تهویه مثبت محفظه لنگ وارد اتاقک احتراق شود .

سیستم سوخت رسانی
سیستم سوخت رسانی هیدروژن می تواند در سه نوع زیر جدا شود: پاشش مرکزی (کاربراتوری) ، پاشش در پشت سوپاپ ورودی و تزریق مستقیم.
سیستم های سوخت رسانی پاشش مرکزی و پشت سوپاپ در هنگام کورس مکش مخلوط هوا ، سوخت را تشکیل می دهند. در مورد پاشش مرکزی یا کاربراتوری ، پاشش سوخت در ورودی مانیفولد هوا است. در مورد پاشش پشت سوپاپ ، آن در دریچه وروردی تزریق می شود.
قدرت خروجی در دو نوع قبل ۸۵% موتور بنزینی است.
نوع تزریق مستقیم به سیلندر از نظر تکنولوژیکی پیچیده تر است و تشکیل مخلوط سوخت و هوا را داخل سیلندر احتراق بعد از اینکه سوپاپ ورود هوا بسته شده است انجام می شود.
قدرت خروجی ۱۱۵%موتور بنزینی است.