سوخت و احتراق
سال:1399 | دوره:13 | شماره:2 |تعداد مقالات:7

در این مقاله، به بررسی مدل سازی خنک کاری فیلمی یک موتور رانشگر فضایی 10 نیوتنی برای دو حالت پروفیل دمایی پیش فرض دیواره و نیز لحاظ انتقال حرارت در داخل دیواره پرداخته شده است. مطالعه برای چهار نوع مدل فیلم گاز غیرواکنشی، فیلم گاز واکنشی، فیلم مایع غیرواکنشی و فیلم مایع واکنشی انجام شده است. برای مدل سازی واکنش های شیمیایی، مکانیزم شیمیایی برای مونو متیل هیدرازین و نیتروژن تتروکسید گردآوری و کاهش داده شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که مکانیزم توسعه داده شده با 43 گونه شیمیایی و 174 واکنش شیمیایی قابلیت مدل سازی تجزیه مونو متیل هیدرازین در لایه مرزی خنک شونده را دارد و دمایی با دقت 5 درصد در مقایسه با سایر مراجع برای احتراق مونو متیل هیدرازین و نیتروژن تتروکسید پیش بینی می کند. برای مدل سازی جریان خنک کننده، در دو حالت مدل سازی فیلم گازی و فیلم مایع، لایه سوخت گازی در دمای تبخیر مربوط به فشار محفظه و یا جریان قطرات سوخت در دبی های گوناگون به سطح تزریق شده و پارامتر های انتقال حرارت به دیواره گزارش شده اند. بر روی دبی خنک کن مطالعه پارامتریک صورت گرفته و اثر آن بر خنک کاری بررسی شده است و پروفیل شار گرمایی محاسبه شده با پروفیل شار گرمایی حاصل از روابط تحلیلی مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که برای خنک کاری در کامل ترین حالت مدل سازی (فیلم مایع واکنش دهنده) با تزریق 10% سوخت به عنوان خنک کن، شار گلوگاه در حدود 25% و با تزریق 20% سوخت، در حدود 48% قابل کاهش است. همچنین، نتایج نشان می دهد که برای حالتی که انتقال حرارت در ضخامت دیواره لحاظ شود، تزریق حدود 20% سوخت نتیجه نزدیکی را به منحنی دمای تجربی دیواره به دست می دهد.

بیودیزل یکی از انرژی های پاک و تجدیدپذیر است که می تواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد و بدون تغییردادن موتورهای دیزلی جایگزین دیزل های نفتی شود. این پژوهش دارای دو بخش بوده که در بخش اول به مقایسه نتایج افزودنی نانوذرات آلومینا، نانوذرات سیلیکا و ترکیب نانوکامپوزیت آلومینا-سیلیکا به سوخت بیودیزل بر پارامترهای عملکردی و انتشار آلاینده های خروجی پرداخته شد. در بخش دوم، کارایی شبکه عصبی در پیش بینی پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد و گازهای خروجی بررسی شده است. ابتدا، با افزوده شدن B5به سوخت دیزل، کاهش در میزان آلاینده CO، کاهش مصرف ویژه سوخت و افزایش در گشتاور و توان ترمزی رخ داد. در گام بعدی، نانوذرات آلومینا و سیلیکا به طور جداگانه در نسبت های مختلف 30، 60، 90 و ppm 120 به سوخت دیزل-بیودیزل افزوده شد. نتایج نشان داد که نانوذرات سیلیکا نسبت به نانوذرات آلومینا باعث بهبودی بیشتر در عملکرد موتور دیزلی و کاهش آلاینده ها شده که در نسبت ppm90، افزایش 21/6% در توان ترمزی حاصل شد. گشتاور هیچ تغییری نکرد و کاهش 8/1% در CO2، کاهش 56/16% در CO، کاهش 3/05% در مصرف سوخت و افزایش بسیار جزیی 0/57% و 0/6% در NOX و NO صورت گرفت. سپس، نمونه های کامپوزیت شده با نسبت های مختلف به سوخت دیزل-بیودیزل افزوده شدند. از بین نانوکامپوزیت ها، ترکیب B5Al60Si60 دارای بیشینه توان و گشتاور بود و منجربه افزایش 1/44% در گشتاور و افزایش 1/64% در توان ترمزی نسبت به سوخت دیزل شد و نیز به ترتیب منجربه کاهش 39/21%، 10/9%، 6/9% و 6/85% در CO، CO2، NO و NOX شد. شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه با یک و دولایه پنهان و دو نوع تابع فعال سازی سیگموییدی و تانژانت هیپربولیک برای تحلیل نتایج استفاده شد. مقادیر MSE و R به ترتیب برای توان ترمزی 21/10 و 0/9905، برای CO 1498/75 و 0/9910، برای CO2 0/0009و 0/9940، برای NO 3/94و 0/9965، برای NOx 4/39 و 0/9919 و برای گشتاور 0/00079919و0/9905بوده است. در مجموع، شبکه با تابع فعال سازی سیگموییدی و دو لایه پنهان بهترین شبکه بوده است.

در این مقاله، آتش چرخشی با سوخت متانول در یک اتاق با ارتفاع زیاد، که یک شکاف در یک گوشه آن ایجاد شده است، مورد بررسی قرار می گیرد. مدل سازی با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل زیرشبکه اسماگورینسکی، ویل و تک معادله ای و مدل احتراقی اضمحلال گردابه انجام شده و نتایج در دو شرایط مختلف (بستر سوخت با قطر 5/8 و 7 سانتی متر) با نتایج تجربی مقایسه می شود. با مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی مشاهده می شود که نتایج عددی دمای متوسط در وسط و گوشه اتاق با نتایج تجربی همخوانی دارد. نتایج مدل های مختلف زیرشبکه در خط مرکزی نشان می دهد که مدل ویل با نتایج تجربی همخوانی بهتری دارد. همچنین عملکرد دو مدل زیرشبکه تک معادله ای و اسماگورینسکی بدتر از مدل ویل بوده است، به طوری که به طور متوسط درصد خطای نسبی مدل ویل 3/7 درصد است، درحالی که هر یک از مدل های اسماگورینسکی و تک معادله ای به ترتیب 8 و 8/9 درصد خطا نسبت به نتایج تجربی دارند. در فواصل دور از مرکز نتایج سه مدل زیرشبکه تفاوت چندانی ندارد و همخوانی بیشتری با نتایج تجربی دیده می شود، به گونه ای که در گوشه اتاق خطای نسبی کمتر از 8 درصد است.

در پژوهش پیش رو، فیزیک برخورد افشانه با سطح جامد در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ها نشان می دهد که در دبی های حجمی بالای افشانه یک لایه مایع بر روی سطح جامد تشکیل می شود. در صورتی که ضخامت لایه مایع زیاد باشد، در کاربردهای احتراقی، می تواند منجربه احتراق ناقص سوخت در محفظه احتراق شود. ضخامت لایه مایع به پارامترهای زیادی، نظیر دبی حجمی سیال، فاضله نازل تا سطح و مود شکست افشانه، بستگی دارد. در یک مطالعه تجربی، مقدار ضخامت متوسط لایه مایع حاصل از برخورد افشانه با سطح جامد توسط روش سایه نگاری اندازه گیری شده است. انژکتور جدید و طراحی شده مورد استفاده، که انژکتور جریان پراکنده نام دارد، دارای بازدهی مناسبی نسبت به دیگر انژکتورهای هوادمشی است و اختلاف فشار هوا و دبی لازم برای عملکرد این انژکتور پایین است. ضخامت لایه مایع حاصل از برخورد افشانه با سطح در شرایط مختلف اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که اندازه ضخامت متوسط لایه مایع با تغییر پارامترهایی نظیر دبی حجمی سیال مایع و گاز و فاصله نازل تا سطح تغییر می کند و این ضخامت در بازه بین 40 تا 220 میکرومتر در شرایط مختلف متغیر است.

احتراق مخلوط واکنش دهنده های ناهمگن نوعی از احتراق است که در آن اختلاط سوخت و هوا به طور کامل انجام نمی شود. از آنجا که مطالعات گذشته بر روی این نوع احتراق در فضای باز انجام شده، هدف این تحقیق بررسی عددی مشاهده اثر سطوح مختلف ناهمگنی بر طول شعله در دبی ها و نسبت هم ارزی های مختلف در فضای بسته و بدون حضور هوای محیط و نفوذ آن بر شعله است. در این بررسی عددی از مدل سازی معادلات ناویراستوکس به روش میانگین گیری رینولدز و مدل سازی آشفتگی k-ε استاندارد و مدل سازی جریان واکنشی روش اتلاف گردابه ای EDC استفاده شده است. همچنین، در این مطالعه از سینتیک GRI2. 11 استفاده شده است. مشاهدات نشان می دهد که میزان طول شعله در طول ناهمگنی مشخصی کمینه می شود، به طوری که در طول های ناهمگنی قبل و بعد از آن، طول شعله افزایش می یابد. این طول ناهمگنی با تغییر دبی و تغییر نسبت هم ارزی متفاوت است. همچنین، نتایج نشان می دهد که طول شعله در حالت غیرپیش مخلوط کمتر از طول شعله در حالتی است که مخلوط سوخت و هوا به صورت پیش مخلوط در محفظه مشتعل می شوند. ولی، هرچه نسبت هم ارزی کاهش پیدا می کند، اختلاف کمتر می شود، به طوری که در نسبت هم ارزی های کمتر طول شعله در حالت غیرپیش مخلوط بیشتر از حالت پیش مخلوط می شود. همچنین، سطح مقطع شعله در داخل محفظه چه در جهت طولی و چه در جهت عرضی با تغییر طول ناهمگنی تغییر می کند.

هدف از این پژوهش تثبیت نانوذرات K2O بر خاک رس بنتونیت و ارزیابی و مقایسه عملکرد آن با نانوذرات K2O خالص برای بررسی نقش پایه معدنی در تولید سوخت سبز بیودیزل است. بدین منظور، نانوکاتالیزور هتروژنی K2O/Bentonite با بارگذاری 30% وزنی هیدروکسید پتاسیم بر پایه بنتونیت با استفاده از روش امواج فراصوت شیمیایی تهیه و در واکنش تبادل استری روغن آفتاب گردان استفاده شد و نتیجه آن با کاتالیزور هموژن KOH و نانوذرات K2O خالص به ترتیب برای ارزیابی عملکرد و بررسی اثر تثبیت مقایسه شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانوکاتالیزور کامپوزیتی تهیه شده با استفاده از آزمون هایXRD، FESEM، EDX، BET و FTIR مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون های خصوصیت سنجی حاکی از تهیه موفقیت آمیز نمونه K2O/Bentonite و خواص سطحی و ساختاری مناسب این نمونه به منظور به کارگیری در فرایند تبادل استری روغن است. آزمون XRD تشکیل فاز کریستالی K2O در نمونه تهیه شده را تایید کرد. تصاویر FESEM پوشیده شدن سطح بنتونیت از وجود نانوذرات کوچک K2O با توزیع اندازه و پراکندگی یکنواخت را نشان داد. نتایج آزمون EDX موید حضور تمامی عناصر مورد استفاده و عدم وجود هر گونه ناخالصی در ساختار کاتالیزور بود. آزمون BET نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه شده دارای سطح ویژه مناسبی است. نتایج عملکرد راکتوری نمونه ها در شرایط نسبت مولی متانول به روغن 12: 1، مقدار کاتالیزور wt. % 3، دمای واکنش ° C65 و زمان انجام واکنش h 3 بیانگر کارایی قابل قبول نانوکامپوزیت تهیه شده با بازده تولید 95/17% در مقایسه با نمونه های K2O خالص و KOH به ترتیب با بازده های تولید 80/57% و 76/62% بود. کارایی بهتر را می توان به خواص سطحی و ساختاری بهبودیافته در نتیجه تثبیت ذرات فعال با به گارگیری انرژی فراصوت چون حفرات بزرگ، سطح ویژه نسبتا بالا، شکل ظاهری یکنواخت، توزیع همگن ذرات پتاسیم، برهمکنش قوی ذرات پتاسیم با لایه های بنتونیت و نیز تشکیل گروه های Al-O-H نسبت داد. همچنین، ویژگی های بیودیزل تولیدشده، مانند چگالی، گرانروی، نقطه ابری شدن، نقطه ریزش، عدد اسیدی و عدد ستان اندازه گیری، با استانداردها مقایسه شدند.

ترکیب سوخت های زیستی مانند بیودیزل، بیواتانول و نانولوله های کربنی به عنوان کاتالیزور به سوخت دیزل سبب عملکرد بهتر موتور و کاهش آلایندگی ها می شود. در تحقیق حاضر، برای تهیه سوخت های موردنیاز آزمایش، ابتدا به نسبت 5% نانولوله های کربنی عامل دار حاوی اکسیژن به سوخت دیزل اضافه شد. سپس نانولوله های کربنی عامل دار با گروه اکسیژن دار COOH (غلظت های 30، 60 و ppm90) در دو سطح بیواتانول 3 و 6 درصد، با دیزل خالص و بیودیزل 5٪ ترکیب شد. آزمایش ها در سه تکرار انجام شدند. در این تحقیق، مدلی با شبکه عصبی چندلایه الگوریتم یادگیری پس انتشار خطا روبه جلو (FFBP) برای تخمین عملکرد موتور ارایه شد نوع سوخت، دور موتور، چگالی، گرانروی، ارزش حرارتی سوخت، فشار چندراه ورودی، مصرف سوخت، دمای گازهای خروجی، دمای روغن، اکسیژن موجود در گازهای خروجی، رطوبت و فشار نسبی هوای محیط به عنوان پارامترهای لایه ورودی یا مستقل و عملکرد و آلایندگی موتور به عنوان پارامترهای لایه خروجی در نظر گرفته شدند. با توجه به نتایج به دست آمده از شبکه عصبی مصنوعی، انتشار آلایندگی های CO و UHC و مصرف سوخت ویژه کاهش یافت اما در انتشار NO_x شاهد افزایش بودیم. شبکه تشکیل شده با تابع آموزش سیگموییدی به دلیل اینکه میزان R^2 و MSE بهتری نسبت به شبکه های تشکیل شده خطی و تانژانت هیپربولیک، به عنوان مدل بهینه معرفی شد. درمجموع می توان بیان کرد که شبکه عصبی مصنوعی توانایی مناسبی را در شبیه سازی داده ها و بررسی ضریب حساسیت آن ها نشان داده است.