توسعه سازوکار سینتیک شیمیایی جدید برای احتراق مخلوط سوخت بیودیزل و گاز طبیعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشگاه صنعتی امیر کبیر

10.22034/er.2024.2006275.1007

چکیده

استفاده از گاز طبیعی-بیودیزل در موتورهای احتراق سرد، با توجه به ویژگی های این دو سوخت، اخیرا مورد توجه محافل علمی احتراقی قرار گرفته است. فراوانی، قیمت کم و احتراق تمیز گاز طبیعی و همچنین تجدیدپذیر بودن بیودیزل از عوامل گرایش به این دو نوع سوخت در دنیاست. در این راستا آزمایشات تجربی مختلفی صورت پذیرفته است و در جهت توسعه هرچه بیشتر نیازمند استفاده از شبیه سازی های عددی خواهد بود. مشکل اصلی در این مسیر، فقدان سازوکار احتراق بیودیزل-گاز طبیعی است. در این راستا، یک سازوکار دقیق شامل 153 گونه و 727 واکنش، ارائه شده است. برای گاز طبیعی، سازوکار Drost با 49 گونه و 332 واکنش، با ترکیب گاز طبیعی با 90% CH4، 9% C2H6 و 1% C3H8 در نظر گرفته شده است. برای بیودیزل از سازوکار Zhang با 156 گونه و 589 واکنش استفاده شده است که ترکیبات آن شامل 25% MD، 25% MD9D و 50% n-هپتان است. فرآیند توسعه سازوکار با روش های DRG، DRGEP، تحلیل شار مسیر، تحلیل حساسیت و QSSAصورت پذیرفته است. در بحث صحه سنجی نیز، مقایسه زمان‌های تاخیر احتراق سازوکارهای اصلی و توسعه‌یافته نشان می دهد که خطای میانگین محاسباتی (AME) به ترتیب 10.77٪ برای 0٪ - NG و 11.2٪ برای 0٪ بیودیزل است. همچنین AME سرعت شعله برای 0٪ بیودیزل و 0٪ NG به ترتیب 7٪ و 8.3٪ محاسبه شده است. برای اطمینان بیشتر، از سازوکار توسعه یافته در شبیه سازی CFD یک موتور RCCI استفاده شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Developing a reduced chemical kinetic mechanism for natural gas/biodiesel mixture combustion

نویسندگان [English]

  • Emad Aminian 1
  • ayat gharehghani 2
  • Mostafa Mirsalim 3
1 Mechanic department of amirkabir university of technology
2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The use of natural gas-biodiesel in LTC engines, according to their characteristics, Recently, it has attracted the attention of combustion scientific circles. Natural gas abundance, clean combustion characteristics and relatively low cost among various fuels and renewability of biodiesel make them attractive fuel in combustion engines. In this line, various experimental tests using natural gas-biodiesel fuels was performed until now. So for further development ,use of numerical simulations can be effective. The main problem in this way is the lack of a precise combustion mechanism of biodiesel-natural gas. In this regard, an accurate mechanism which is consist of 153 species and 727 reactions is developed from two up-to-date mechanisms. For natural gas, Drost mechanism ,which is consist of 49 species and 332 reactions and considered as 90% CH4, 9% C2H6 and 1% C3H8 and for biodiesel, Zhang mechanism with 156 species and 589 reactions has been employed, which is considered as 25% MD, 25% MD9D and 50% n-Heptane. In development process, DRG, DRGEP, sensitivity analysis, path flux analysis and QSSA methods is used. Comparing ignition delay times of based and developed mechanisms revealed that arithmetical mean error (AME) is 10.77% for 0%-NG and 11.2% for 0%-biodiesel, respectively. In 1-D simulation, flame speed is calculated and the AME for 0%-biodiesel and 0%-NG is 7% and 8.3%, respectively. At the end , RCCI engine CFD simulation is verified again the develop mechanism appropriately.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chemical Kinetic Mechanism
  • Biodiesel
  • Natural Gas
  • Ignition Delay
  • Flame Speed

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 16 دی 1402
  • تاریخ دریافت: 25 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری: 27 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش: 16 دی 1402