Providing a thermodynamic model to simulate the spark ignition engine fueled with natural gas and ethanol mixture

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

حسن زمانی ¹ (مربی- دانشگاه آزاد فریدن)

Received: 2015-10-28 Accepted : 2017-02-26 Published : 2016-07-22

Keywords: engine performance parameters, Spark ignition engines, methane and ethanol, thermodynamic simulation,

Abstract :

The use of natural gas as an alternative fuel, in recent decades has been proposed. Good combustion properties and cats less than it could be the perfect choice for the next generation. Simulation models can be of great help engine designers. Simulation models to reduce the time and costs for the development of new engines as well as in identifying the technical value that need special attention in the design, are of great importance. In this study the thermodynamic model for the study of thermodynamic parameters of a spark ignition engine fuel mix methane (C2H6O) and ethanol (CH4) is provided. To simulate the engine, the governing equations for modeling the area of combustion engines can be used. This relationship has become in MATLAB code, and finally by drawing diagrams, are analyzed. The results showed that the addition of ethanol to fuel higher percentages of methane, increasing amounts of pressure inside the cylinder, work and heat output (power stage) as well. However, the energy lost through leakage and most pure methane lowest temperature of the burned area is capable.

References:

 

[1]     Heywood J. B., 1988. “Internal combustion engines fundamentals”, New York, McGraw – Hill. IRIMESCU A., Performance and fuel conversion efficiency of a spark ignition engine fueled with iso-butanol, Applied Energy, 96, pp. 477–483, 2012.

[2]     Shamekhi A., Khtibzade N., Shamekhi A. H.,2006 “Performance and emissions characteristics of a bifuel SI engine fueled by CNG and gasoline”, ASME paper ICES 2006- 1387.

[3]     مردی محسن، خلیل آریا  شهرام، عبدلعلیپور عدل مهران و جعفرمدار صمد، (1392)،  تحلیل عملکرد و آلایندگی موتور اشتعال جرقه­ای با سوخت­های جایگزین متان، متانول و پروپان. سومین همایش ملی سوخت، انرژی و محیط زیست.

[4]     نوری کزج ر. محسنیان­راد ا. ف. (1388)،  بررسی اثر استفاده از گاز طبیعی فشرده بر راندمان موتورهای احتراق داخلی. دومین کنفرانس ملی CNG، تهران، شرکت ملی گاز ایران.

[5]     Tahir  M, M. Ali  M.S,  Salim  M.A,  Bakar  R.A, Fudhail  A.M,  Hassan  M.Z and Abdul Muhaimin  M.S. 2015. Performance analysis of a spark ignition engine using compressed natural gas (CNG) as fuel. Energy Procedia 68 ,  355 – 362

[6]     جهانیان امید، جزایری سید علی و ابراهیمی رضا، (1385)،  مدل­سازی ترمودینامیکی یک موتور اشتعال جرقه­ای گاز طبیعی سوز به شیوه دو ناحیه­ای با در نظر گرفتن سینتیک شیمیایی. ششمین همایش ملی دانشجویی مهندسی شیمی و پنجمین همایش ملی دانشجویی مهندسی نفت، شهریور 85، دانشگاه اصفهان.

[7]     Cavalcante Cordeiro de Melo T, Bastos Machado G, Machado RT, Pereira Belchior Jr CR, Pereira PP. Thermodynamic modeling of compression, combustion and expansion processes of gasoline, ethanol and natural gas with experimental validation on a flexible fuel engine. SAE World Congress, 2007-24-0035; 2007.

[8]     Elfasakhany    A. 2014. The Effects of Ethanol-Gasoline Blends on Performance and Exhaust Emission Characteristics of Spark Ignition Engines. International Journal of Automotive Engineering Vol. 4, Number 1.

[9]     French R, and Malone P. 2005. Phase equilibria of ethanol fuel blends. Fluid Phase Equilibria, 5: 228-229.

[10] نجفی غلامحسن، قبادیان برات، توکلی هشجین تیمور و رحیمی هادی، (1388)، بررسی پارامترهای احتراق، پارامترهای عملکردی و آلایندگی و شبیه­سازی سیکل عملکردی موتورهای اشتعال جرقه­ای با سوخت مخلوط اتانول و بنزین. سومین کنفرانس سوخت و احتراق، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، اسفند ماه 1388.

[11] Hakan  B, Orhan  D. 2005. Investigating the effects of LPG on spark ignition engine combustion and performance. Energy Conver Manage 2005;46:2317–33.

[12]  Pipitone  E, Genchi  G  and  Beccari  S. 2015. An NTC zone compliant knock onset prediction model for spark ignition engines. Energy Procedia 82, 133 – 140.

[13] SALES L. C. M., SODRE J. R., Cold start characteristics of an ethanol-fuelled engine with heated intake air and fuel, Applied Thermal Engineering, 40, pp. 198–201, 2012.

[14] VANCOILLIE J., DEMUYNCK J., SILEGHEM L., VAN DE GINSTE M., VERHELST S., Comparison of the renewable transportation fuels, hydrogen and methanol formed from hydrogen, with gasoline – Engine efficiency study, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 12, pp. 9914–9924, 2012.

[15] کاکایی امیر حسن، نصر آبادی مسعود، (1389)، توسعه یک زیر مدل خود اشتعالی برای پیش­بینی کوبش در موتور اشتعال جرقه­ای. نشریه علمی-پژوهشی سوخت و احتراق. سال سوم، شمارة دوم، پاییز و زمستان 1389. صفحات 75 تا90.

[16] Sobiesiak A. 2003. The first and second law analysis of spark ignition engine fuelled with compressed natural gas. SAE paper no. 2003-01-3091 Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers Inc.

[17]  Ferguson C.R. 1986. Internal Combustion Engines, Applied Thermosciences, Second Edition, John Wiley and Sons, New York.

[18] Woschni, G. 1967. A universally applicable equation for the instantaneous heat transfer coefficient in the internal combustion engine, SAE paper no: 670931.

[19]  Homdoung  N, Tippayawong  N, and  Dussadee  N. 2015. Prediction of small spark ignited engine pe rformance using
producer gas as fuel. Case Studies in Thermal Engineering 5 (2015) 98–103.

[20] Yusaf, T. F. Sye Hoe, Fong, Yousoff M. Z. and Hussein I. 2005. Modeling of transient heat Flux in spark ignition engine during combustion and comparisons with experiment. American Journal of Applied Sciences 2 (10): 1438-1444.

[21] Juntarakod, P. 2014. A Quasi – dimensional three – zone combustion model of the diesel engine to calculate performances and emission using the diesel – ethanol dual fuel. Contemporary Engineering Sciences, Vol. 7, no. 1, 19 – 37.

[22] M. Grill, M. Chiodi. H. Berner and M. Bargende, Calculating the Thermodynamic Properties of Burnt Gas and Vapor Fuel for User-Defined Fuels, MTZ 05|2007, 68, 2007, 398-403.

زمانی  حسن، ابراهیمی  رحیم  و بشارتی   شاهین. 1393.  بررسی تاثیر پیشرسی جرقه، نسبت تراکم و نسبت هم ارزی بر برخی متغیرهای ترمودینامیکی موتور اشتعال جرقه­ای با سوخت گاز طبیعی. اولین همایش ملی مدیریت انرژی­های نو و پاک. دانشکده شهید مفتح، همدان