علماء جامعة الملك عبدالله يساعدون في تطوير نار بالمحركات من دون دخانٍ

كتابة: جوس باسيتي.
ترجمة: عبدالحميد شكري.

قد يساعد نموذجٌ جديدٌ صناع السيارات في ايقاف تخزن الوقود في محركات البنزين واحتراقه بشعلةٍ سخاميةٍ.

طور باحثون من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية نموذجاً حاسوبياً قادرٌ على محاكاة إنتاج السخام داخل أحدث محرك البنزين للسيارات، وذلك عن طريق مراقبة جزيئات السُخام التي تشكلت في شعلةٍ بسيطةٍ.

على الرغم من أن محركات المركبات اليوم أنظف من أي وقتٍ سبق، إلا أن دخان عوادمها لا يزال يحتوي على أعدادٍ كبيرةٍ من جزيئات السخام النانوية الصغيرة بما فيه الكفاية لاختراق الرئتين ومجرى الدم، وينبغي أن يساعد هذا النموذج الحاسوبي صناع السيارات في تحسين محركاتهم للحد من تشكل السخام.

لا ترتبط محركات البنزين تقليدياً بالسخام، فالمشكلة عادةً ما ترتبط بمركبات الديزل، إلا أن المصنعون جعلوا محركات البنزين الخاصة بهم أكثر كالديزل لتعزيز كفاءة الوقود خلال القعود الأخيرة، متبنين تقنية “الحقن المباشر” التي تعمل على رش الوقود مباشرةً داخل اسطوانة المحرك.

يقول س. ماني ساراثي من مركز جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية للاحتراق النظيف، والذي شارك في قيادة العمل: “تحصل في بعض الأحيان على جيوبٍ غنيةٍ بالوقود حيث لا يتوفر هواءٌ كافٍ لإكمال الاحتراق، أو يضرب الوقود في بعض الأحيان جدار الاسطوانة ليشكل تجمعاً للنار”، إذ يولد كلا السيناريوهين سخاماً.

يُعد العمل على كيفية تقليل السخام تحدياً لأنه من الصعب النظر داخل اسطوانة المحرك بينما يحدث الاحتراق، وعالج ساراثي وزملاؤه المشكلة من خلال حرق خليط “بنزينٍ بديلٍ” مبسطٍ كيميائياً في إعدادٍ تجريبيٍّ يسمى بلهب الانتشار المضاد للتيار. وبتسليط أشعة الليزر على هذا اللهب المكشوف، تمكنوا من مراقبة السخام وطلائعه بينما يحترق الوقود، إذ يقول ساراثي: “أُجريت هذه التجارب من قبل مع الوقود الغازيّ، ولكنها المرة الأولى التي تُجرى مع وقودٍ سائلٍ ذي صلةٍ بالبنزين”.

نوّع الفريق من تركيبة الوقود وراقبوا إنتاج الجزيئات لبناء نموذجٍ للتفاعلات الكيميائية الأساسية التي تنبثق منها جزيئات السخام وتنمو، ويشرح ساراثي قائلاً: “بمجرد أن حصلنا على النموذج الحركيّ الأساسيّ هذا والذي يعمل جيداً في الشعلة البسيطة، يمكننا استغلال النموذج في محاكاة المحرك”. إن محاكاة احتراق المحرك هي بشكلٍ أساسيٍّ تجميعٌ لعدة نيرانٍ ضئيلةٍ للغاية، والتي تندمج لتعطيَ صورةً كاملةً لكيفية تشكل السخام في المحرك.

يمكن لصناع السيارات استخدام نموذج ساراثي في محاكاتهم الخاصة لاختبار ما إذا كانت التغييرات ستحد من إنتاج السخام، كتعديل هندسة المحرك أو توقيت حقن الوقود. حيث يقول ساراثي: “لدينا أيضاً شركاء صناعيون يستخدمون النموذج لرؤية كيفية تأثير الاستراتيجيات المختلفة للوقود ومحرك الاحتراق على إنتاج السخام”. وبالنسبة لتصاميم المحرك المستقبلية، فإن النموذج سيساعد المصنعين على تقليل السخام قبل أن يخرج المحرك من خط الإنتاج.

المصدر: (discovery.kaust)

س. ماني ساراثي (S. Mani Sarathy)
مركز جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية للاحتراق النظيف (KAUST Clean Combustion Center)

Comments are closed.