سوخت و احتراق
سال:1396 | دوره:10 | شماره:2 |تعداد مقالات:9

بیودیزل و همچنین برخی نانوکاتالیست ها به عنوان افزودنی به سوخت دیزل می تواند باعث بهبود عملکرد و کاهش آلاینده-های موتور شود. در تحقیق حاضر، بیودیزل با نسبت 5 و 10 درصد ( B5و B10) در مخلوط با سوخت دیزل استفاده شد. سپس نانولوله های کربن با غلظت 30، 60 و 90 ppm به مخلوط سوخت برای ارزیابی عملکرد، آلایندگی و ارتعاش موتور دیزل استفاده گردید. از شبکه عصبی چندلایه با قاعده یادگیری پس انتشار خطا رو به جلو (FFBP) برای مدل سازی استفاده گردید. نوع سوخت، دور موتور، چگالی، ویسکوزیته و ارزش حرارتی سوخت، فشار مانیفولد ورودی، مصرف سوخت، دمای گازهای خروجی، اکسیژن موجود در گازهای خروجی، دمای روغن، رطوبت و فشار نسبی هوای محیط به عنوان پارامترهای لایه ورودی یا مستقل در نظر گرفته شدند. عملکرد، آلایندگی و ارتعاش موتور به عنوان پارامترهای لایه خروجی در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مصرف سوخت ویژه موتور و آلایندگی های CO و UHC کاهش یافته، در حالی که آلاینده NOx افزایشی بوده است. همچنین، مدل شبکه عصبی با الگوی آموزش پس انتشار خطا با 20-20 نرون در لایه های مخفی سیگموئیدی- سیگموئیدی توانایی پیش بینی پارامترهای مختلف را با عملکرد و دقت خوبی دارد. مقادیر عددی ضریب رگرسیونی (R) آموزش، ارزیابی و آزمون مدل بهینه شبکه به ترتیب 0.9999، 0.9985 و 0.9994 به دست آمد.

سوخت زیستی بیودیزل، به دلیل مزایای زیست محیطی و شباهت برخی خصوصیات آن با نفت گاز، به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی مورد توجه است. در این تحقیق، برای تولید بیودیزل از روغن پسماند کلزا در حضور کاتالیست K2CO3/Al2O3 استفاده شد. برای آماده سازی کاتالیست از روش حل کردن K2CO3 بر Al2O3 استفاده شد. برای انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون و بررسی اثر پارامترهای مختلف زمان واکنش، دما و درصد وزنی کاتالیست بر بازده تولید بیودیزل و بهینه کردن تعداد آزمایش ها، از طراحی آزمایش تاگوچی، در طرح کاملا تصادفی با دو تکرار، استفاده شد. همچنین، نسبت مولی متانول به روغن 15 به 1، میزان کاتالیست 0.5، 1، 1.5، 2، 3 و 5 درصد وزنی، دمای واکنش 55، 65 و 75 درجه سانتی گراد، زمان واکنش 0.5، 1، 1.5، 2، 2.5 و 3 ساعت و دور همزن 600 rpm در نظر گرفته شد. بهترین بازده تولید بیودیزل (99 درصد)، پس از 2 ساعت با استفاده از 1 درصد وزنی کاتالیست ناهمگن پتاسیم کربنات/ آلومینا در دمای 65°C حاصل می شود. از سوی دیگر، مقایسه نتایج حاصل با مطالعات سایر محققان نشان می دهد بارگذاری K2CO3 نسبت به KNO3 و Ca(NO3)2، می تواند بازده تولید بیودیزل را در کاتالیست های با پایه آلومینا افزایش دهد. تحلیل واریانس با درنظر گرفتن متغیرهای میزان کاتالیست، زمان و دمای واکنش، بیانگر آن است که تغییرات دما اثر معنادار بر بازده تولید متیل استر ندارد، لیکن اثر تغییرات زمان و میزان کاتالیست مورد استفاده بر درصد تبدیل واکنش کاملا معنادار است.

احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن راهبرد احتراقی مفیدی از نظر بازدهی و میزان آلاینده ها برای موتورهای درون سوز است. لیکن بازه کارکردی محدود این راهبرد احتراقی سبب شده است که استفاده کاربردی از آن در موتورها تاکنون موفق نباشد. یکی از روش های کاربردی نمودن آن در موتورها این است که با دیگر انواع احتراق مشابه، همچون احتراق دیزلی و احتراق پیش آمیخته جزئی، ترکیب گردد و هر راهبرد در بازه کارکردی بهینه خود ایفای نقش نماید. در این مطالعه با بررسی مشخصات عملکردی و آلایندگی حاصل از نتایج آزمون بر روی یک موتور، شرایط گذر از رژیم احتراق پیش آمیخته جزئی به احتراق اشتعال تراکمی مخلوط همگن بازتعریف می گردد. اساس این شناسایی بر این اصل استوار است که در شرایط اشتعال تراکمی مخلوط همگن با پاشش مستقیم سوخت به درون محفظه احتراق، چینه بندی حاصل از زمانبندی سوخت پاشی، پارامتری با اثرگذاری چشمگیر نیست. نتایج نشان می دهند که در شرایطی که پاشش سوخت بسیار زود اتفاق می افتد (تکمیل کل فرآیند سوخت پاشی پیش از 60 درجه زاویه لنگ قبل از نقطه مرگ بالا) رژیم احتراقی حاصله اشتعال تراکمی مخلوط همگن است.

در این تحقیق، زئولیت HZSM-5 به روش هیدروترمال سنتز شد و با استفاده از کبالت، اصلاح گردید. زئولیت های HZSM-5 و Co/HZSM-5 به منظور بررسی توزیع محصولات در واکنش شکست کاتالیستی سوخت LPG استفاده شده اند. کاتالیست های تهیه شده با استفاده از روش های تحلیل XRD، SEM، BET،XRF  و NH3-TPD مشخصه یابی شدند. نتایج روش تحلیل NH3-TPD نشان داد که اسیدیته کاتالیست اصلاح شده Co/HZSM-5 نسبت به  HZSM-5کم تر است. توزیع آلومینیوم شبکه زئولیت HZSM-5 با استفاده از آنالیز شیمیایی XRF و طیف سنجی فرابنفش- مرئی بازتابی تعیین شد. نتایج نشان داد که سهم آلومینیوم های نزدیک به هم و آلومینیوم های منفرد در شبکه زئولیت به ترتیب 28.6 و 71.4 درصد بوده است. بازده اولفین های سبک در شکست کاتالیستی سوخت LPG توسط زئولیت اصلاح شده با کبالت (48.1 درصد) نسبت به زئولیت HZSM-5 (45.4 درصد) بالاتر بوده است. همچنین، بازده محصولات سنگین C5+، میزان کک تشکیل شده و نرخ غیرفعال شدن برای کاتالیست Co-HZSM-5 نسبت به زئولیت اصلاح نشده پایین تر است.

تاثیرات همزمان میزان سوخت پیش پاشش و زمان بندی پیش پاشش بر فرآیند اختلاط سوخت و هوا، عملکرد موتور و مقدار آلاینده های تولیدی در یک موتور اشتعال تراکمی پاشش مستقیم سرعت بالای پرخوران بررسی شده است. برای این منظور از پارامتر اصلاح شده ای با نام «ضریب همگنی» به عنوان معیاری جدید در ارزیابی کیفیت فرآیند اختلاط سوخت و هوا بهره برده شده است. ابتدا نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است و تطابق مناسبی جهت پیش بینی مقادیر فشار داخل سیلندر، میزان حرارت آزاد شده و مقادیر آلاینده های تولیدی حاصل شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد مقدار سوخت پیش پاشش تاثیرات به مراتب بیشتری بر کیفیت اختلاط سوخت و هوا در مقایسه با زمانبندی پیش پاشش سوخت دارد، به نحوی که با جلو انداختن زمان پیش پاشش سوخت، بیشینه مقدار «ضریب همگنی» در زمانی سریعتر حاصل شده و مدت زمان بیشتری برای ایجاد مخلوطی همگن تر جهت اشتعال فراهم خواهد شد.

در مقاله حاضر، تزریق بخار آب درون اکسیدکننده و تزریق هیدروژن درون سوخت به منظور کاهش میزان مونوکسید کربن تولید شده در فرآیند احتراق سوخت- اکسیژن همراه با تزریق CO2 درون اکسیدکننده مطالعه شده است. بدین منظور از شبیه سازی یک بعدی با استفاده از حلگر شعله نفوذی جریان متقابل و شبیه سازی سه بعدی با کمک نرم افزار اپن فوم استفاده شده است. در حل یک بعدی به بررسی تاثیر تزریق بخار آب درون اکسیدکننده و هیدروژن درون سوخت پرداخته شده و تاثیر آن بر میزان شاخص انتشار مونوکسید کربن بررسی شده است. نتایج به دست آمده از این شبیه سازی نشان دهنده آن است که تزریق بخار آب درون اکسیدکننده منجر به کاهش شاخص انتشار مونوکسیدکربن در فرآیند احتراق سوخت- اکسیژن می شود، در حالی که تزریق هیدروژن درون سوخت منجر به افزایش میزان شاخص انتشار مونوکسید کربن می شود، از این رو، در مطالعه سه بعدی، با توجه به هزینه محاسباتی بسیار بالا در آن، تنها، به بررسی تاثیر تزریق بخار آب درون اکسیدکننده به عنوان راه حلی مناسب جهت کاهش مونوکسید کربن تولید شده پرداخته شده است. نتایج به دست آمده در شبیه سازی سه بعدی نشان می دهند که تزریق بخارآب در جریان اکسیدکننده باعث کاهش تولید مونوکسیدکربن در ناحیه واکنشی و کاهش میزان انتشار مونوکسیدکربن از خروجی کوره می شود.

تغییر سطح فرمی در سطح کاتالیست بر فعالیت کاتالیستی اثر می گذارد. یک روش برای تغییر این سطح، استفاده از میدان الکتریکی خارجی در فرایند کاتالیستی هتروژن است. در این پژوهش HZSM-5 بارگذاری شده با اکسید فلز آهن در یک میدان الکتریکی خارجی با قدرت مناسب برای تجزیه و تحلیل فعالیت کاتالیزوری قرار داده شد. این پژوهش اولین گزارش ارائه شده برای اثر تشدید زئولیت و میدان الکتریکی خارجی برای تولید اولفین است که فعالیت بالاتری نسبت به روش های معمول دارد. در میدان الکتریکی ولتاژ بالا، نوار انرژی منحرف می شود و انحراف نوار انرژی موجب افزایش فعالیت می شود. طراحی آزمایش CCD با استفاده از نرم افزار Design-Expert 7.3 انجام شد تا ارتباط بین چهار متغیر فرایندی، یعنی دما، شدت جریان الکتریکی، فاصله دو الکترود و مقدار بارگذاری فلز، حاصل شود. مدل مربع برای متغیرهای پاسخ معنی دار بود. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که حداکثر مقدار بازده (50.42 درصد) را می توان در دمای 662.5 درجه سانتی گراد، شدت جریان الکتریکی ورودی 7.36 میلی آمپر، فاصله دو الکترود 8 میلی متر و بارگذاری فلز 3.67 درصد وزنی به دست آورد.