شبیه سازی میکرو موتور احتراق داخلی از دیدگاه ترمودینامیکی

در مقاله حاضر، به معرفی و مدل سازی یک میکرو موتور احتراق داخلی رفت و برگشتی با محفظه احتراق به ابعاد پنج میلی متر در سه میلی متر در یک میلی متر به عنوان منبع انرژی قابل حمل و پاک جهت استفاده در کلیه تجهیزاتی که نیاز به منبع قدرت با چگالی انرژی بالا و مدت زمان عملکرد طولانی و پیوسته دارد پرداخته شده است. به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم در محفظه احتراق این نوع موتورها در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی معمولی، مسئله انتقال حرارت از اهمیت ویژه ای برخوردار است که افزایش آن ثبات احتراق در محفظه را به شدت تحت تأثیر قرار می دهد. مطالعه انتقال حرارت در میکرو موتورها، مستلزم بررسی قانون بقای انرژی جهت یافتن ویژگی های حرارتی همچون ضریب انتقال حرارت جابجایی، کسر جرمی سوخته شده در واحد زمان و گرمای آزاد شده از آن است. به منظور بررسی قانون بقای انرژی و مدل سازی میکرو موتور از مدل صفر بعدی (تک ناحیه ترمودینامیکی) استفاده شده است که در این مدل اثرات ناشی از نشت جریان از درزها در میکرو موتور در نظر گرفته شده است. تابع ویبه مرتبه اول (استاندارد) و مرتبه دوم جهت یافتن میزان حرارت آزاد شده نسبت به کسر جرمی سوخته شده در قانون اول ترمودینامیک مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاکی از آنست که تابع ویبه مرتبه دوم نسبت به تابع ویبه مرتبه اول به دلایل متعدد از قبیل تبدیل محفظه احتراق به دو ناحیه احتراق سریع (مرکز محفظه) و آهسته (مجاور دیواره) و همچنین امکان کاهش در صد سوخت محترق شده ، از شرایط بهتری برای مدلسازی احتراق در میکرو موتور برخوردار است. در کار حاضر به منظور تأیید صحت شبیه سازی، نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج به دست آمده از تست واقعی میکرو موتور مربوط مقایسه شده است نتایج حاصل از مدل سازی دارای بهترین تطابق با نتایج تجربی می باشد.

Keywords:

میکروموتور , مدل احتراق , تابع ویبه , هیدروژن , زیست محیطی