سوخت هیدروژن بعنوان منبعی تجدیدپذیر، با آلایندگی کم و ویژگیهای مناسب تر از سوختهای فسیلی در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نرخ سریع آزادسازی حرارت و پیشروی شعله ، عدد اکتان بالا و همچنین فشار بالای ناشی از احتراق هیدرژن سبب افزایش کارایی و بازده موتور هیدروژنی در مقایسه با موتور بنزینی می شود. از طرف دیگر دمای خوداشتعالی بالا، تاخیر در اشتعال کم و سرعت شعله بالا، تمایل هیدروژن به ضربه را کمتر از بنزین کرده و باعث شده سوخت هیدروژن یک خاصیت ضد کوبش بالایی را از خود نشان دهد . به احتراق خود به خودی مخلوط سوخت و هوای نسوخته قبل از آنکه شعله به آن برسد کوبش می گویند که پدیده ای مخرب می باشد و سبب کاهش کارایی موتور می شود. با توجه به اهمیت موضوع ذکر شده، در تحقیق حاضر، شبیه سازی وقوع پدیده کوبش در یک موتور اشتعال جرقه ای با سوخت هیدروژن بررسی شده است. مدلسازی با استفاده از روش شبه بعدی دو ناحیه ای صورت گرفته است. در این مدل فرض می شود مخلوط داخل سیلندر همگن بوده و در مرحله احتراق توسط جبهه شعله به دو ناحیه سوخته و نسوخته تقسیم می شود. به منظور تخمین نرخ سوختن از یک مدل سرعت شعله آشفته استفاده شده و سینتیک شیمیایی سوختن هیدروژن نیز توسط مکانیزمی شامل 9 گونه شیمیایی و 25 واکنش تعادلی مدلسازی شده است. به منظور پیش بینی پدیده کوبش از معیار مشخصه کوبش استفاده شده و کدی کامپیوتری نیز توسعه یافته است. در نهایت تاثیر پارامترهای مختلف بر کوبش مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج بدست آمده با نتایج تحقیقات دیگر در این زمینه مقایسه و صحت آنها مورد پذیرش قرار گرفته است.

در این پژوهش، فرآیند احتراق در موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن (hcci) با دو روش شبیه سازی شده است. استفاده از مدل احتراقی تک منطقه ای که با سینتیک شیمیایی مفصل کوپل شده است، یکی از روش های بکار رفته می باشد. در روش دوم از مدل احتراقی چند منطقه ای با سینتیک شیمیایی مفصل استفاده شده است. استفاده از روش اول که یک روش ساده تر نسبت به روش دوم می باشد، جهت بررسی عملکرد سینتیک شیمیایی مفصل بکار رفته است. مدل سازی ها بر روی سوخت گاز طبیعی صورت گرفته است. مدل تک منطقه ای در پیش بینی شروع احتراق موفق عمل کرده ولی در پیش بینی سایر پارامترها دقت چندانی ندارد. برای مدل چند منطقه ای از 10 ناحیه مجزا استفاده شده است که 3 ناحیه برای هسته ی احتراق، 2 ناحیه برای لایه مرزی و 5 ناحیه برای قسمت درزی (crevice) اختصاص داده شده است. اختصاص 5 ناحیه مجزا برای قسمت درزی دقت این مدل را در پیش بینی دقیق آلاینده های مونوکسید کربن (co) و هیدروکربن های نسوخته (uhc) توانا ساخته است. مدل چند منطقه ای در پیش بینی شروع فرآیند، پارامترهای داخلی (فشار، دما و...) و همچنین آلاینده ها از دقت قابل قبولی برخوردار است.

در این پایان نامه گزارشی از تلاش های آزمایشگاهی صورت گرفته برای تخمین مقدار اتلاف گذار یک سامانه کاهنده نوفه ارایه شده است. این سامانه شامل یک محفظه انبساط و لوله های ورودی و خروجی آن است. ایجاد نوفه در سامانه، نیاز به تحریک صوتی می باشد. در آزمایش های صورت گرفته، تحریک صوتی سامانه توسط یک بلندگو که سیگنال های معینی را از نرم افزارهای تولید سیگنال nch tone generator دریافت می کند، انجام شده و توابع صوتی مانند تابع انتقال، توابع یگانه و متقاطع طیفی و... با کمک نرم افزار pulse labshop و به روش تبدیل سریع فوریه (fft) اندازه گیری شده است. علاوه بر آزمایش های تجربی، یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده که با دریافت مقدار کمیتهای اندازه گیری شده، توانایی تخمین مقدار طیفی اتلاف گذار سامانه صوتی را دارد.

عملکرد انژکتورها در فرآیندهای مختلف احتراقی تأثیر بسزایی بر راندمان احتراق، مقدار آلاینده های خروجی از موتور و ناپایداری های احتراقی دارد. تزریق توسط سیستم مجهز به انژکتور در موتورهای با سیستم بنزینی تزریق مستقیم (gdi) تا حد نسبتاً زیادی فاکتورهای عملکردی موتور را بهبود می بخشد. انژکتورهای چرخشی فشاری از پرکاربردترین انواع اتمایزرهای مورد استفاده در صنعت می باشند. این انژکتورها در فشارهای پاشش به نسبت پایین (بین 1 تا 10 مگا پاسکال) سوخت را به خوبی اتمیزه کرده و فرآیند اختلاط بین سوخت و هوا را تسهیل می بخشند. از این دست انژکتورها در موتور پیشران راکت ها، موشک ها و سایر موتورهای مورد استفاده در صنعت هوافضا که سوخت مایع مصرف می کنند، استفاده می گردد. به دلیل ابعاد بسیار کوچک این انژکتورها (در حد میلی متر) و هزینه بسیار بالای تجهیزات آزمایشگاهی در انجام این پروژه از روش های عددی برای تحلیل جریان داخلی استفاده شده است و از نرم افزار فلوئنت (fluent 6.3.26) برای تحلیل جریان استفاده شده است. از طرفی به علت حضور هسته هوا به هنگام پاشش سوخت، جریان در داخل این نوع از انژکتورها دو فازی می باشد که در این تحقیق برای ردیابی سطح مشترک گاز – مایع از روش نسبت حجمی سیال (vof) استفاده شده است. در این پژوهش، با مدل سازی دو بعدی و سه بعدی طرح های مختلف و هندسه های گوناگون بخش چرخش ساز انژکتورهای چرخشی فشاری برای چند نوع متفاوت از این نوع انژکتورها (از جمله انژکتورهای چرخشی فشاری با ورودی های مارپیچ)، به بررسی مقبولیت هر طرح در شرایط عملکردی متفاوت پرداخته شده است. همچنین اثر مولفه های مختلفی نظیر دبی جرمی ورودی به انژکتور، بر کیفیت پاشش آن ها بررسی شده است. زاویه مخروط پاشش و ضریب تخلیه انژکتور از جمله مهم ترین پارامترهای مورد بررسی برای مطالعه کیفیت پاشش انژکتورها در نظر گرفته شده اند.

در این تحقیق، یک مشعل با پیچش کم که با سوخت گاز طبیعی کار می کند به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده است. همچنین تاثیرات پارمتر مهم نسبت هم ارزی سوخت به هوا بر روی عملکرد مشعل مطالعه شده است. مشعل در دو حالت فضای باز و در محفظه احتراق مورد مطالعه قرار گرفته است. در هر کدام از محیط های ذکر شده، مشعل با چهار نسبت هم ارزی مختلف روشن شده و بر روی آن تست انجام پذیرفته است. در مجموع آزمایشات، اطلاعاتی شامل شکل شعله، مشخصات دمایی شعله و میزان آلاینده های تولیدی از احتراق بدست آمده است. در مرحله بعدی تحقیق، با توجه به اطلاعات دمایی بدست آمده از مرحله قبل اقدام به پیاده سازی تحلیل انرژی-اگزرژی بر روی مجموعه مشعل-محفظه احتراق شده است. نتایج نشان می دهند که تغییرات نسبت هم ارزی تاثیر بسزایی بر روی عملکرد مجموعه از دیدگاه انرژی و اگزرژی دارد. با توجه به سرعت جریان خروجی از مشعل که ناشی از تغییر نسبت هم ارزی است دو رژیم شکلی از شعله مشاهده می شوند که رژیم شعله چسبیده به ترتیب در نسبت های هم ارزی 88/0 و 78/0 و رژیم شعله برخاسته به ترتیب در نسبت های هم ارزی 68/0 و 61/0 رخ می دهند. میزان بازگشت ناپذیری های ترمودینامیکی در رژیم شعله چسبیده حدوداً 13 درصد بیشتر از رژیم شعله برخاسته می باشد. دلیل این امر را می توان در تاثیر تمرکز دمایی در محور محفظه احتراق در حالت شعله چسبیده دانست. به طور کلی می توان گفت که شعله پیش آمیخته با پیچش کم از نظر ترمودینامیکی رفتار بهتری نسبت به شعله های دیفیوژن که عموماً در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند از خود نشان می دهد. در این مطالعه نشان داده می شود که درصد بازگشت ناپذیری در حدود 33 درصد محاسبه شده است در حالیکه این عدد برای شعله های دیفیوژن معمولاً بالاتر از 50 درصد است. همچنین آلاینده های co و nox تولیدی از احتراق پیش آمیخته و کم پیچش در بیشترین مقادیر به ترتیب 17 و 48 ppm اندازه گیری شده است.

به منظور کاهش آلایندگی و مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی راهکارهای زیادی تاکنون پیشنهاد شده است. یکی از آنها ایجاد میدان مغناطیسی به عنوان میدان خارجی بر سوخت ورودی به موتور می باشد. آنچه در این تحقیق مورد توجه قرار می گیرد، بررسی عملکرد و آلاینده های موتور xu7 با به خدمت گرفتن میدان مغناطیسی قوی در مسیر سوخت ورودی موتور می باشد. بر این اساس آزمایشاتی در شرایط کاری متفاوت روی موتور xu7 انجام گرفت. آزمایشات در دو دریچه گاز (40 و 60 درصد) و در سه دور موتور (1800، 3000 و rpm 4200) و در 5 تکرار انجام گرفت. با توجه به همخوانی مناسب ضوابط استاندارد iso 1585 با تجهیزات و توانمندی های آزمایشگاه، به عنوان مبنا و مرجع انجام کلیه آزمایش ها انتخاب گردید. از نرم افزار آماری sas در تحلیل نتایج استفاده شد. نتیجه نهائی کاهش آلاینده های uhc و nox در بعضی از شرایط کاری موتور را نشان می داد. تغییر معنی داری در میزان مصرف سوخت مشاهده نگردید. گشتاور (توان) خروجی موتور نیز در دریچه گاز 60 % افزایش جزئی ولی معناداری داشت. نتایج حاصل نشان دهنده لزوم توجه بیشتر به این موضوع و انجام آزمایشات بیشتر در این زمینه را آشکار می سازد.