Zero dimensional combustion analysis of an HCCI engine

Year 2015, Volume: 19 Issue: 2, 203 - 211, 01.12.2015

Üsame Demir , Ömer Göbeloğlu Hakan Soyhan , Ekrem Büyükkaya

https://doi.org/10.16984/saufenbilder.82197

Cited By: 1

Abstract

In this study, experimental results from a homogenous charge compression ignition (HCCI) engine fueled with PRF- 85 (85% iso-octane and 15% n-heptane) were used to zero dimensional In this study, combustion analysis of homogenous charge compression ignition (HCCI) engine are examined. In the analysis, chemkin-pro software was used which can analysis 0-D combustion and chemical mechanism. Anlysys results are compared with the results of Shell research center. With the help of Chemkin-Pro, results of experiments and various combination mechanisms results can be easily compared. Prepared chemical kinetic mechanisms exist in order to make the analysis inside the engineer. Two chemical kinetic mechanism which is compatible to PRF fuel are used inside the experimental engine. Two different chemical which were developed for the same fuel are examined based on performance similarities on the experiments. Besides, effect of solvents and mechanism on total analysis time are also studied as performance criteria. Analysis results are compared with the existing experimental the pressure values. Since there is not a piston modeling inside the Chemkin-Pro, differences between experimental pressure values and analysis results are observed. Experimentally obtained combustion products of CO, CO2 ve O2 are also compared with the analysis results and similar results are observed.Temperature and fuel results which can not be obtained via experimentally are compared with the kinetic mechanisms.

Keywords

HCCI engine, combustion analyses, chemkin-pro, exhaust emission

Bir HCCI motorun 0-boyutlu yanma analizi

Abstract

Bu çalışmada, homojen karışımlı sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) bir motorda yanma analizi yapılmıştır. Analizde, sıfır boyutlu yanma ve kimyasal mekanizma analizi yapılabilen Chemkin-Pro programı kullanılmıştır. Analiz sonuçları Shell araştırma merkezinde yapılan deney sonuçları ile doğrulanmıştır. Chemkin-Pro ile deneysel ortamlarda elde edilen veriler kullanılarak üretilen mekanizmalar ile değişik durumlara ait analizler hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Motor içerisindeki yanmanın analizini yapabilmek için hazırlanmış kimyasal kinetik mekanizmalar mevcuttur. Analizlerde deneysel motorda test edilen PRF yakıta uygun iki adet kimyasal kinetik mekanizma kullanılmıştır. Aynı yakıt için geliştirilen iki farklı kimyasal mekanizmanın deneysel sonuçlara olan yakınlıklarına göre performansları incelenmiştir. Ayrıca diğer bir performans kriteri olarak çözücülerin ve mekanizmaların toplam analiz süresine etkileri de incelenmiştir. Analiz sonuçları, deneysel olarak mevcut olan basınç değerleri ile kıyaslanmıştır. Chemkin-Pro programında detaylı piston modellemesi olmadığından dolayı deneysel basınç değerleri ile analiz sonuçları arasında farklılıklar görülmüştür. Deneysel olarak elde edilen CO, CO2 ve O2 yanma sonu ürünleri de analiz sonuçları ile kıyaslanmış ve çok yakın sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel olarak elde edemediğimiz sıcaklık ve yakıt değerleri için kimyasal kinetik mekanizmalar arasında kıyaslama yapılmıştır.

Keywords

HCCI motor, Yanma analizi, Chemkin-Pro, Egzoz Emisyonu

References

• [ ] J.C.G. Andrae T. Brinck, G.T. Kalghatgi HCCI experiments with toluene reference fuels modeled by a semidetailed chemical kinetic model. Volume 155, Issue 4, December 2008, Pages 696–712
• [ ]http://www.reactiondesign.com
• [ ]Easley, W., Agarwal, A., and Lavoie, G., "Modeling of HCCI Combustion and Emissions Using Detailed Chemistry," SAE Technical Paper 2001-01-1029, 2001
• [ ] Oguma, M., Goto, S., Oyama, K., Sugiyama, K. et al., "The Possibility of Gas to Liquid (GTL) as a Fuel of Direct Injection Diesel Engine," SAE Technical Paper 2002-01-1706, 2002
• [ ] Løvås, T., Mauss, F., Hasse, C., and Peters, N., "Modeling of HCCI Combustion Using Adaptive Chemical Kinetics," SAE Technical Paper 2002-01-0426, 2002
• [ ] Elkelawy, M., Yu-Sheng, Z., El-Din, H., and Jing-zhou, Y., "A comprehensive Modeling Study of Natural Gas (HCCI) Engine Combustion Enhancement by Using Hydrogen Addition," SAE Technical Paper 2008-01-1706, 2008
• [ ] Junnian Zheng, Jerald A. Caton, “Use of a single-zone thermodynamic model with detailed chemistry to study a natural gas fueled homogeneous charge compression ignition engine”, Energy Conversion and Management, Volume 53, Issue 1, January 2012,Pages 298-304
• [ ] Junnian Zheng, Jerald A. Caton, “Effects of operating parameters on nitrogen oxides emissions for a natural gas fueled homogeneous charged compression ignition engine (HCCI): Results from a thermodynamic model with detailed chemistry”, Applied Energy, Volume 92, April 2012, Pages 386-394
• [ ] Christopher J. Montgomery, David A. Swensen, Tyson V. Harding, Marc A. Cremer, Michael J. Bockelie. A computational problem solving environment for creating and testing reduced chemical kinetic mechanisms. Volume 33, Issue 2, February 2002, Pages 59–70.
• [ ]T. Tsurushima, A new skeletal PRF kinetic model for HCCI combustion, Proceedings of the Combustion Institute, 32 (2009) 2835–2841
• [ ]Marco Mehl, William J. Pitz, Charles K. Westbrook, Henry J. Curran; Kinetic modeling of gasoline surrogate components and mixtures under engine conditions, Proceedings of the Combustion Institute, 33 (2011) 193–200