سوخت و احتراق
سال:1398 | دوره:12 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

در این مقاله نتایج حاصل از مدل سازی دوبعدی و متقارن محور احتراق پیش آمیخته متان-هوا با سینتیک چندمرحله ای در داخل محیط متخلخل با تغییر تخلخل پیوسته ارائه شده است که در آن برای مشخص کردن خصوصیات ترمو فیزیکی و ترموشیمیایی از برنامه کمکین2 و اطلاعات پایه آن استفاده شده است. معادلات پیوستگی، ناویر استوکس، معادلات انتقال حرارت فاز گاز و جامد و معادلات حاکم بر گونه های شیمیایی با استفاده از روش حجم محدود حل شده و برای ارتباط بین سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل استفاده شده است. مشعل مورد مطالعه شامل دو ناحیه پیش گرم و احتراقی است. در این کار به بررسی اثرات تغییر زاویه واگرایی و طول ناحیه پیش گرمایش مشعل بر روی پروفیل دما و انتشار آلاینده ها می پردازیم. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه واگرایی میزان آلاینده NO در خروجی مشعل به شکل چشمگیری افزایش می یابد درحالی که با افزایش طول ناحیه پیش گرمایش مقدار انتشار این آلاینده در خروجی کاهش می یابد.

در در این مطالعه یک نیروگاه 1000 مگاواتی سیکل ترکیبی گاز طبیعی برای کاهش اثرات زیست محیطی آن با سیستم های جذب شیمیایی و تراکم کربن دی اکسید تجمیع شده است تا تاثیر به کارگیری این سیستم ها بر روی عملکرد نیروگاه مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS v9 ابتدا نیروگاه مذکور مدل سازی شد و سپس سیستم جذب و تراکم متناسب برای جذب %90 کربن دی اکسید از گاز دودکش طراحی و شبیه سازی شدند. در اثر تجمیع این سیستم ها با نیروگاه بازده آن از %5/62 به %4/53 کاهش می یابد. این کاهش ناشی از استخراج بخار برای تامین گرمای ریبویلر و کار مصرفی در سیستم های جذب و تراکم است. سیستم گردش مجدد گاز دودکش با نسبت %35 و بازیابی حرارت های اتلافی به وسیله چرخه رانکین ارگانیک به عنوان دو راهکار برای بهبود بازده نیروگاه بکار گرفته شد. در این حالت بازده نیروگاه برابر با %96/54 می شود که %56/1 که نسبت به حالت تجمیع اولیه افزایش یافته است. در اثر تجمیع نیروگاه با سیستم جذب و تراکم در حالت نهایی میزان انتشار کربن دی اکسید از g/kWh 71/324 به g/kWh 71/36 کاهش یافته است.

هدف اصلی در تحقیق پیش رو تخمین عدد پرانتل آشفته در احتراق غیرپیش مخلوط متان-هواست. در این راستا، یک جریان احتراقی آشفته غیرپیش مخلوط در شرایط استوکیومتریک، با استفاده از معادلات متوسط گیری شده رینولدز (RANS)، به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. برای مدل سازی تشعشع و آشفتگی جریان به ترتیب مدل های جهات گسسته (DO) و k− ε ریلایزبل اعمال شده اند. همچنین، برای مدل سازی احتراق آشفته از سه مدل اضمحلال گرداب ه ای (EDM)، اضمحلال گرداب ه ای مفهومی (EDC) و تابع چگالی احتمال (PDF) استفاده شده است. به همراه مدل EDM و EDC، مدل مرتبه دوم جبری GGDH و مرتبه بالای آن، یعنی HOGGDH، به همراه مدل پخش گرداب ه ای ساده برای جمله شار حرارتی آشفته در معادله انرژی اعمال شده است. مقایسه نتایج عددی مدل SED با فرض پرانتل آشفته 85/0و مدل های مرتبه دوم با مقادیر تجربی موجود نشان می دهد که اعمال مدل های مرتبه دوم شار حرارتی آشفته به طور محسوسی منجر به اصلاح پیش بینی توزیع دما در محفظه احتراق می شود. همچنین، توزیع NO به دست آمده از مدل های مرتبه دوم مطابقت خوبی با مقادیر تجربی موجود دارد. براساس نتایج به دست آمده، در جریان احتراقی مقاله حاضر، مدل GGDH دارای دقت بالاتری نسبت به مدل HOGGDH در پیش بینی دما و NO است. محاسبه عدد پرانتل آشفته در محفظه احتراق مورد بررسی نشان می دهد که فرض عدد پرانتل 85/0 دور از واقعیت بوده و براساس مدل GGDH، عدد پرانتل آشفته در نواحی مختلف از 25/0 تا 3/1 متغیر است. در نهایت عدد پرانتل آشفته 45/0 برای جریان احتراقی این پژوهش پیشنهاد شده است.

احتراق RCCI، برای موتورهای دیزلی، کاستی های مربوط به آلایندگی موتورهای دیزلی را، با حفظ سایر مزایای آن ها، تا حد زیادی برطرف می کند. در پژوهش های قبلی، بیشتر کارکرد و آلاینده های خروجی از موتور با احتراق RCCI بررسی شده، در حالی که در این پژوهش احتراق نوع RCCI از دیدگاه گونه های تولید و مصرف شده به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و نقش گونه های مختلف در حین فرایند احتراق مطالعه می شود. در این احتراق (RCCI) بنزین به صورت پاشش درگاهی و دیزل به صورت پاشش مستقیم انجام گرفته است. بررسی صورت گرفته نشان داد که آزادسازی انرژی ابتدا با دیزل شروع شده و آزادسازی انرژی اولیه ای انجام می شود و پس از آن انرژی بنزین آزاد می شود. پدیدار شدن گونه فرمالدهید شروع احتراق شعله سرد و مصرف سوخت دیزل را نشان داده و تولید رادیکال هیدروکسیل نیز هم زمان با آزادسازی انرژی بنزین صورت می پذیرد. همچنین، مقداری از گونه فرمالدهید با شروع تولید رادیکال هیدروکسیل مصرف می شود. آزادسازی اولیه انرژی، که ابتدا با سوخت دیزل شروع شده و سپس با سوخت بنزین ادامه می یابد، تاثیرات مثبتی به دنبال دارد. اولا، با این گونه آزادسازی ترتیبی، انرژی به تدریج آزادشده و دمای درون سیلندر افزایش ناگهانی نمی یابد بنابراین، باعث کاهش تلفات انرژی می شود. ثانیا اکسیدهای نیتروژن به دلیل پایین تر بودن دمای محلی کمتر تولید می شوند. در ادامه نیز دو زمان شروع پاشش 74-و 64-درجه لنگ و دو درصد حجمی سوخت دیزل 28 و 20 درصد مطالعه و مشاهده شد که زمان شروع احتراق اولیه تقریبا به این دو پارامتر وابسته نیست و در یک زاویه لنگ مشخص رخ می دهد. بنابراین، شروع احتراق اولیه فقط وابسته به دماست. اما به دلیل اینکه شروع احتراق اصلی علاوه بر دما به نسبت هم ارزی نیز وابسته است دو متغیر زمان شروع پاشش و مقدار سوخت دیزل تاثیر خود را در این بخش نشان می دهند.

با تغییر شرایط تولید بیودیزل ویژگی های این سوخت نظیر ارزش حرارتی تغییر می کند، اما ارزیابی هریک از خصوصیات بیودیزل با روش های معمول پرهزینه و وقت گیر است. هدف از این پژوهش ارزیابی یک سامانه نوین به منظور تشخیص ارزش حرارتی بیودیزل به کمک حسگر برخط دی الکتریک در کمترین زمان و بیشترین دقت است. بیودیزل ترانس استریفیکاسیون روغن پالم به کمک گرمای اتلافی کلکتور خورشیدی سهموی-خطی تولید برق به علت تغییرات شرایط آب وهوایی در دماهای متفاوتی سنتز شد. علی رغم نصب سیستم کنترل دما برای سامانه هیبریدی کلکتور خورشیدی-بیودیزل، به علت نوسانات دمای محیط و افت دما، حتی تا زیر دمای تنظیم شده کنترلی امکان تثبیت دما وجود نداشت. به منظور بررسی ارزش حرارتی، ابتدا، چند نمونه بیودیزل در شرایط مختلف آب وهوایی توسط سامانه هیبریدی مذکور، به عنوان یکی از سیستم های انرژی تجدیدپذیر، با هدف کاهش هزینه تولید و همچنین بررسی تغییرات بازده تولید شد. پس از آن، ارزش حرارتی نمونه ها محاسبه شد و سپس، نمونه ها طی سه مرحله مورد آزمون حسگر برخط دی الکتریک قرار گرفت. پس از تحلیل داده ها، برای اعتبارسنجی تحلیل توسط تکنیک درخت تصمیم از سه نوع الگوریتم استفاده شد. با توجه به نتایج، روش درخت تصمیم و رگرسیون دارای بالاترین دقت (99 درصد) در مقایسه با سایر روش ها بود. البته، با توجه به دقت روش ها که به هم نزدیک اند، تمامی تکنیک های انتخاب شده پتانسیل خوبی برای ارزیابی ویژگی های سوخت بیودیزل داشتند. نتایج حاکی از آن است که حسگر ساخته شده توانسته است ارزش حرارتی سوخت تولیدی را با دقت خوبی محاسبه کند.

در سال های اخیر، تحقیقات متعددی بر روی استفاده مجدد از مواد زائد مانند گل قرمز انجام گرفته است، زیرا حاوی اجزاء باارزش مانند آلومینا، سیلیکا و اکسیدآهن است و می تواند به عنوان پایه کاتالیست های فرایند هیدرودی سولفوریزاسیون به کار گرفته شود. کاتالیست های متداول این فرایند، NiMo/Al2O3 و CoMo/Al2O3 هستند که به منظور افزایش فعالیت آن ها و درنتیجه تولید سوخت تمیزتر، تقویت کننده هایی مانند زیرکونیا به کاتالیست افزوده می شود. برای نیل به این هدف، در این مقاله کاتالیست NiMo بر پایه گل قرمز با درصدهای متفاوت زیرکونیا، به روش تلقیح سنتز شده است. برای بررسی خواص فیزیکی و ساختاری آن ها از آنالیزهای XRD، FESEM، BET و FTIR استفاده شده است. نتایج حاصله، حاکی از این است که افزودن تقویت کننده زیرکونیا باعث توزیع یکنواخت ذرات روی سطح پایه، افزایش فاز فعال و کاهش تشکیل اسپینل نیکل در کاتالیست می شود. ارزیابی عملکرد این نانوکاتالیست نشان دهنده کاهش قابل توجه ترکیبات گوگرددار موجود در دو خوراک ایزودیزل و دیزل سبک، درنتیجه افزودن مقدار بهینه زیرکونیا به کاتالیست های NiMo بر پایه گل قرمز فعال شده است.

در این مقاله به بررسی تاثیر اضافه کردن جمله اثر میدان جریان در رابطه محاسبه تغییرات گونه در مدل برهم کنش احتراق و اغتشاشات واکنشگاه اختلاط ایدئال (PSR) پرداخته شده است. نتایج مدل اصلاح شده با نتایج مدل واکنشگاه اختلاط ایدئال مقایسه و تحلیل شده است. مدل احتراقی مورد استفاده در این مقاله مدل اتلاف گردابه بوده و میدان سیال مغشوش با استفاده از مدل اغتشاشی k-ε استاندارد شبیه سازی شده است. هندسه مورد استفاده مشعل سندیا D است که به صورت متقارن محوری درنظر گرفته شده است. سینتیک درنظر گرفته شده برای شبیه سازی واکنش ها سینتیک 19 گونه ای DRM بوده و شبیه سازی ها به وسیله نرم افزار اپن فوم انجام گرفته و مدل احتراقی و مدل برهم کنش احتراق و اغتشاشات به صورت جداگانه بر روی این نرم افزار پیاده سازی شده است. درنهایت، نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی صحت سنجی شده است. نتایج به دست آمده بیانگر توانایی مدل اصلاح شده در بهبود پیش بینی ها در ناحیه با اختلاط بالای شعله به سبب اعمال تاثیر اغتشاشات در محاسبه نرخ تعییرات گونه است. نتایج نشان دادند در راستای محور شعله استفاده از مدل اصلاح شده به بهبود پیش بینی ها در توزیع اسکالرهای واکنشی و همچنین سرعت خواهد انجامید و ناحیه شعله به درستی پیش بینی خواهد شد. میزان بهبود نتایج در پیش بینی سرعت، دما و گونه ها به ترتیب تا 10، 14 و 15 درصد است. نتایج در راستای شعاعی تفاوت چندانی با مدل اصلاح نشده نداشت، زیرا اثر جمله اختلاط مغشوش در نواحی دورتر از ناحیه مرکزی، به دلیل کاهش اختلاط در این نواحی، اندک است.