سوخت و احتراق
سال:1397 | دوره:11 | شماره:3 |تعداد مقالات:7

روانکار های برپایه روغن گیاهی یک منبع پایدار برای روانکاری قطعات متحرک در سیستم های مکانیکی محسوب می شوند. پایداری کم در برابر اکسایش و نقطه ریزش بالا دو مشکل عمده روغن های گیاهی است که مانع از استفاده گسترده آن ها به عنوان روانکار شده است. به منظور بهبود این معایب از روش ترانس استریفیکاسیون دومرحله ای استفاده شد. در مرحله اول، متیل استر روغن کلزای غیرخوراکی به روش ترانس استریفیکاسیون با استفاده از توان فراصوت تولید شد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیودیزل تولیدشده با استاندارد EN 14112 مطابقت دارد. در مرحله دوم، واکنش ترانس استریفیکاسیون معکوس متیل استر با تری متیلول پروپان آزمایش شد. به منظور اختلاط مناسب سرعت واکنش تولید بیوروانکار، از سامانه فراصوت استفاده شد که روش جدیدی به منظور تولید بیوروانکار است که برای اولین بار در جهان مورد استفاده قرار گرفته است. توان فراصوت با ایجاد پدیده کاویتاسیون موجب اختلاط مناسب و بهبود انتقال جرم و افزایش سرعت تولید بیوروانکار می شود. با ثابت نگه داشتن دما، نسبت مولی متیل استر به تری متیلول پروپان، کاتالیست و فشار خلا، اثر متغیر های مستقل پالس، دامنه و زمان بر بازده بیوروانکار و انرژی مصرفی با استفاده از روش rsmمورد بررسی قرار گرفت. بازده واکنش 82/2 درصد و انرژی مصرفی 116/728کیلوژول در پالس 40 درصد، دامنه 82/01 درصد و زمان 60 دقیقه به دست آمد. صحت بیوروانکار تولیدشده با استفاده از طیف سنج رزونانس مغناطیسی هسته-هیدروژن (H-NMR) تایید شد. برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی روانکار سنتزشده با استاندارد های اندازه گیری ارزیابی شد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیوروانکار سنتزشده با روانکار مرجع ISO VG 10 مطابقت دارد. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شد که با استفاده از سامانه التراسونیک می توان در مدت زمان خیلی کمتری نسبت به روش سنتی بیوروانکار را تولید کرد، و روش تولید بیوروانکار به کمک سامانه فراصوت می تواند به عنوان یک روش جدید به جهان معرفی شود.

الکترولیز آب یکی از بهترین روش ها برای تولید هیدروژن با خلوص بالاست. یافتن کاتالیست های ارزان با پایداری زیاد و فعالیت خوب به جای فلزات نجیب، به عنوان الکترود هیدروژن، موضوع بسیاری از تحقیقات دنیاست. لذا، در این پژوهش، با هدف ساخت یک الکترود کارا برای تولید هیدروژن، نانو ذرات نیکل بر روی بستر گرافن رشد داده شده و روی فوم نیکل لایه نشانی شده اند. ساختار این نانو ذرات به وسیله تکنیک های مختلفی ازجمله FT-IR، XRD و SEM مورد بررسی قرار گرفت. برای ارزیابی رفتار الکتروشیمیایی نانو ذرات ساخته شده از تکنیک های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای و ولتامتری روبش خطی بهره برده شده است. نتایج نشان می دهد که فعالیت الکتروکاتالیستی نیکل با گذشت زمان بهبود می یابد، به گونه ای که پس از 500 پیمایش محدوده پتانسیل، Ni/rGO دارای بیش پتانسیل mV 281-در چگالی جریان mAcm-2 10 و شیب تافلی mVdec-1 126-است که این پارامترها پس از 5 پیمایش، به ترتیب، mV 303-و mV dec-1 149-هستند. برای مطالعه عملکرد این نانو ذرات در فرایند تولید هیدروژن در شرایط واقعی، یک سل الکترولیزی غشایی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این ارزیابی نشان می دهد که Ni/rGO در چگالی جریانmAcm-2 200 دارای پتانسیل 9/1 ولت است که در مقایسه با فوم نیکل دارای عملکرد بهتری است.

در این تحقیق، پارامترهای موثر بر میزان تولید بیودیزل از روغن هسته خرما به سه روش حرارت دهی مرسوم، ماکروویو و فراصوت بررسی شد. به منظور انجام فرایند تولید بیودیزل، ابتدا واکنش استری با کاتالیست اسید سولفوریک انجام شد تا میزان اسید چرب آزاد موجود در روغن هسته خرما به میزان استاندارد برای واکنش ترانس استریفیکاسیون کاهش یابد. نتایج نشان داد که 1 درصد وزنی کاتالیست و نسبت مولی الکل به روغن 8 تا 9 میزان بهینه برای هر سه روش تولید بیودیزل بود. به عبارت دیگر، روش مورد استفاده تاثیری بر میزان کاتالیست و متانول مصرفی در فرایند نداشت. در روش حرارت دهی مرسوم دمای° C 56 به عنوان دمای بهینه انتخاب شد و توان تقریبا 300 وات، در هر دو روش ماکروویو و فراصوت، بالاترین بازده را فراهم کرد. اما تفاوت اصلی در کاهش زمان واکنش بود، به طوری که زمان واکنش از حدود 90 دقیقه برای رسیدن به نقطه تعادل در روش مرسوم به هفت ونیم دقیقه در روش فراصوت و تنها 3 دقیقه در روش ماکروویو کاهش یافت. ازلحاظ مصرف انرژی، روش ماکروویو مناسب تر از روش فراصوت شناخته شد. نتایح مدل سازی نیز نشان داد که مدل های پیشنهادی مطابقت مناسبی با مقدار آزمایشگاهی دارند. نسبت مولی متانول/روغن و دما در روش مرسوم، میزان کاتالیست و متانول در روش ماکروویو، و توان امواج فراصوت در روش فراصوت، بیشترین تاثیر را بر تبدیل روغن هسته خرما به بیودیزل داشتند.

امروزه، بخش قابل توجهی از انرژی حاصل احتراق سوخت های هیدروکربنی است. بنابراین، تلاش برای بهبود و اصلاح فرایندهای احتراقی و کاهش محصولات احتراق امری بسیار حائز اهمیت است. در این میان، تلاش برای کاهش انتشار دوده، به عنوان یکی از آلاینده های مهم که اثرات جبران ناپذیری بر سلامت انسان دارد، سال هاست که آغاز شده و از جهات گوناگون بررسی شده است. در این مقاله، پدیده تشکیل دوده، با استفاده از یکی از مدل های چندمرحله ای و پرکاربرد ارائه شده برای تشکیل و اکسیداسیون دوده، مدل شده است. مدل سازی عددی دوده با استفاده از کد کیوا نسخه 3V انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی فشار محفظه احتراق و مقدار دوده تشکیل شده در یک موتور دوزمانه دیزل با سیستم تزریق مستقیم اعتبارسنجی شده است. مشخصه های دوده، مانند غلظت گونه های تشکیل دهنده دوده، غلظت، تعداد، قطر، جرم، حجم و کسر حجمی ذرات دوده و زمان و مکان توده دوده در داخل سیلندر به عنوان خروجی بررسی شده است که با نتایج ذکرشده در منابع تطابق خوبی دارد.

موتورهای احتراق دماپایین ازجمله موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن، با سوخت اتانول، با تولید اکسید نیتروژن و ذرات معلق کمتر و دارای بازده بالاست. در این مقاله، یک موتور دیزل تک سیلندر، هواخنک، پاشش مستقیم، چهارزمانه یانمار به موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول تبدیل شده است و با استفاده از 30 نقطه عملکردی در دور موتور 1350 دور بر دقیقه، در چهار سطح نسبت هم ارزی و دمای هوای ورودی مختلف، ارتباط تغییرات پارامترهای احتراقی، آلودگی و صدای احتراق یک موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با توجه به پایین بودن دمای شعله آدیاباتیک، دمای اگزوز به ندرت از 260 درجه سانتی گراد بالاتر می رود و در صورت استفاده از مبدل کاتالیکی در این موتورها دمای اگزوز از دمای فعال شدن مبدل کاتالیکی کمتر بوده و لذا، این مبدل ها با بازده کمتری عملیات پالایش دود را انجام می دهند. در هر چهار سطح نسبت هم ارزی، با افزایش دمای هوای ورودی سطح صدای احتراق افزایش می یابد و سطح صدا به محدوده احتراق صدادار dB90 نزدیک می شود و باعث تولید صدای احتراق بیشتر می شود. در صورت به تاخیرافتادن احتراق، میزان دمای شعله آدیاباتیک کاهش می یابد و هرچه دمای شعله آدیاباتیک کمتر باشد هیدروکربن نسوخته ای بیشتری تولید می شود و موتور به سمت ناحیه احتراق ناقص و خاموش شدن می رود.

در این تحقیق، روش جدید برای حذف کاتالیستی دی اکسیدگوگرد از گازهای های حاصل از احتراق بررسی شد. آلومینا، آلومینا-مس و آلومینا-مولیبدن به عنوان کاتالیست برای واکنش دی اکسید گوگرد با متان و تبدیل آن به محصول مناسب سولفور آزمایش شد و نتایج آن ها ازلحاظ میزان تبدیل و انتخاب پذیری با یکدیگر مقایسه شد. تاثیر دما، نسبت خوراک ورودی (SO2/CH4) و طول عمر کاتالیست بررسی شد. بررسی تاثیر دما در محدوده 550-800 درجه سانتی گراد نشان داد واکنش به شدت وابسته به دماست. عملکرد کاتالیست های با مس و مولیبدن نسبت به کاتالیست آلومینا به شدت بهبود پیدا کرد و در بین همه کاتالیست ها، کاتالیست آلومینا-مس (10%) بهترین عملکرد را هم ازنظر میزان تبدیل و هم انتخاب پذیری از خود نشان داد. این کاتالیست در دمای 750 درجه سانتیگراد به میزان تبدیل 5/99 درصد و انتخاب پذیری بیش از 5/99 درصد رسید. تاثیر نسبت خوراک SO2/CH4 از 1 تا 3 بررسی و مشاهده شد که بهترین عملکرد کاتالیست ها در نسبت خوراک برابر مقدار استوکیومتری یعنی 2 است. همچنین، بررسی طول عمر کاتالیست نشان داد کاتالیست ها در زمان 5 ساعت پایداری بسیار مناسبی برای واکنش دارند.

امروزه، با وجود مزیت های استفاده از فناوری تزریق مستقیم در موتورهای احتراق داخلی، این فناوری، همچنان، با چالش های مختلفی، نظیر هزینه های زیاد توسعه احتراق در این موتورها و آلایندگی، همراه است. این چالش ها منجر به ادامه روند تولید موتورهای تزریق در راهگاه ورودی شده است، به طوری که تولید این موتورها در برخی بازارهای بزرگ جهان رو به افزایش است. با توجه به وضع قوانین سختگیرانه مربوط به آلایندگی، موتورهای تزریق در راهگاه ورودی نیازمند بازنگری و استفاده از فناوری های نوین است. یکی از فناوری های معرفی شده برای بهبود عملکرد این موتورها فناوری APFI است. در طرح APFI، با تزریق سوخت در حالت دریچه باز، امکان استفاده از مزایای اصلی فناوری تزریق مستقیم با هزینه و چالش کم تر مهیا می شود. با توجه به لزوم معرفی و استفاده از فناوری های جدید در زمینه بهبود عملکرد موتور و کاهش آلایندگی آن، در این پژوهش، به بررسی تاثیر استفاده از دو انژکتور در راهگاه ورودی بر میزان خیس شدگی دیواره، نحوه توزیع سوخت درون محفظه احتراق و توان خروجی موتور پرداخته شده است. مطالعات نشان داد استفاده از این طرح میزان لایه سوخت تشکیل شده در سامانه تنفس موتور نسبت به موتور PFI پایه را 75 درصد کاهش می دهد. از طرفی، توزیع سوخت درون محفظه احتراق و در اطراف شمع کاملا همگن می شود، که منجربه بهبود فرایند احتراق و افزایش بیشینه فشار محفظه احتراق می شود. بررسی ها نشان داد که عملکرد مطلوب موتور APFI به شدت وابسته به زمان شروع تزریق است. لذا، بهترین زمان تزریق سوخت نیز، به عنوان نقطه بهینه کارکرد مشخص شد.