Computational fluid dynamics analysis of direct injection methanol with diesel pilot in an internal combustion engine
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-10-18
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
50 + 1
Series
Abstract
The continuing push for decreasing emissions poses a challenge to the transportation sector that is still heavily reliant on fossil fuels and the internal combustion engine. The internal combustion engine will continue to be relevant in the near future, and so answering this challenge requires the development of new technologies in internal combustion. Alternative fuels and dual-fuel technologies are one way to decrease emissions. One alternative fuel that shows promise is methanol. A novel direct injection diesel-methanol dual-fuel engine concept has been proposed in previous literature. The concept uses direct injected methanol fuel that is ignited by a direct injected diesel pilot, with both fuels being injected near top dead center. This work aims to study and model such an engine concept using the methods of computational fluid dynamics. A finite volume model for the engine cylinder is developed using the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and the three-zone extended coherent flame model for combustion. A reasonable match between the simulated and experimental heat release rates is observed. The evolution of local variables inside the cylinder is presented.Jatkuva tarve vähentää päästöjä haastaa kuljetussektoria, joka on yhä riippuvainen polttomoottorista ja fossiilisista polttoaineista. Polttomoottorilla tulee kuitenkin olemaan vielä lähitulevaisuudessa merkittävä osa maailman energiaratkaisuissa, joten osana vastausta tähän haasteeseen täytyy olla uusien polttomoottoriteknologioiden kehittäminen. Vaihtoehtoiset polttoaineet ja kaksoispolttoaineteknologiat ovat yksi tapa vähentää päästöjä. Eräs lupaava vaihtoehtoinen polttoaine on metanoli. Uusi suoraruiskutettua metanolia ja dieseliä käyttävä moottorikonsepti on esitetty aikaisemmassa kirjallisuudessa. Kyseisessä konseptissa suoraan moottorisylinteriin ruiskutettu metanoli sytytetään suoraruiskutetulla dieselpilotilla. Tässä työssä tarkastellaan kyseistä konseptia laskennallisen virtausdynamiikan (computational fluid dynamics) keinoin. Tätä varten kehitetty numeerinen malli hyödyntää Finite volume -menetelmää, Reynolds-keskiarvoistettuja Navier-Stokes yhtälöitä ja three-zone extended coherent flame -palamismallia. Kokeellisen ja mallinnetun sylinteripaineen sekä lämmönvapautumisen välillä havaitaan tyydyttävä vastaavuus. Työssä tarkastellaan myös paikallisten muuttujien jakautumista ja kehittymistä sylinterissä.Description
Supervisor
Larmi, MarttiThesis advisor
Kaario, OssiKeywords
CFD, dual-fuel, methanol, combustion, simulation