فهرست مطالب

نشریه سوخت و احتراق
سال دهم شماره 2 (پیاپی 20، پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/10/16
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید حسن حسینی، احمد تقی زاده علی سرایی، برات قبادیان، احمد عباس زاده مایوان صفحات 1-16
    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 ( B5 و B10) در مخلوط با سوخت دیزل استفاده شد. سپس نانولوله های کربن با غلظت 30، 60 و ppm90 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 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 درنظر 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 9999/0، 9985/0 و 9994/0 به دست آمد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، نانولوله های کربن، آلایندگی، ارتعاش، شبکه عصبی
  • المیرا یزدانیان، نوشین قلی پور زنجانی، آرش کامران پیرزمان صفحات 17-27
    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 5/0، 1، 5/1، 2، 3 و 5 درصد وزنی، دمای واکنش 55، 65 و 75 درجه سانتی گراد، زمان واکنش 5/0، 1، 5/1، 2، 5/2 و 3 ساعت و دور همزن rpm 600 درنظر 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 C°65 حاصل می شود. از سوی دیگر، مقایسه نتایج حاصل با مطالعات سایر محققان نشان می دهد بارگذاری K2CO3نسبت به KNO3و 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.
    کلیدواژگان: بیودیزل، کاتالیست ناهمگن، پتاسیم کربنات، آلومینا، ترانس استریفیکاسیون
  • مرتضی فتحی، امید جهانیان، داود دومیری گنجی صفحات 28-39
    احتراق اشتعال تراکمی بار همگن، مفهوم 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 نبوده باشد.
    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.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن، پاشش سوخت، احتراق پیش آمیخته جزئی، چینه بندی مخلوط
  • سعید عباسی زاده، رامین کریم زاده صفحات 41-52
    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 مورد استفاده قرار گرفته است. کاتالیست های تهیه شده با استفاده از آنالیزهای XRD، SEM، BET، XRF و NH3-TPD مشخصه یابی شدند. نتایج آنالیز 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 UV-Visible بازتابی تعیین شد. نتایج نشان داد که سهم آلومینیوم های همسایه و آلومینیوم های منفرد در شبکه زئولیت به ترتیب 6/28 و 4/71 درصد بوده است. بازده اولفین های سبک در شکست کاتالیستی سوخت LPG توسط زئولیت اصلاح شده با کبالت (1/48 درصد) نسبت به زئولیت HZSM-5 (4/45 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.
    کلیدواژگان: سوخت LPG، HZSM، 5، آلومینیوم همسایه، کبالت، اولفین سبک
  • رئوف مبشری، مهدی صدیق صفحات 53-71
    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 جلوانداختن زمان پیش پاشش سوخت، بیشینه مقدار «ضریب همگنی» در زمانی سریعتر حاصل گردیده و مدت زمان بیشتری برای ایجاد مخلوطی همگن تر جهت اشتعال فراهم خواهد شد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی، ضریب همگنی، پیش پاشش، عملکرد موتور، آلایندگی
  • علی اصغری، کیومرث مظاهری، علیرضا علی پور، اسماعیل ابراهیمی فردویی* صفحات 73-91
    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 مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از این شبیه سازی نشان دهنده آن است که تزریق بخار آب درون اکسیدکننده منجر به کاهش شاخص انتشارمونوکسیدکربن 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 بدست 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.
    کلیدواژگان: احتراق سوخت، اکسیژن، تزریق بخارآب، تزریق دی اکسیدکربن، کاهش تولید مونوکسیدکربن
  • امین علمداری، رامین کریم زاده صفحات 93-112
    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 (42/50%) را می توان در دمای 5/662 درجه سانتی گراد، شدت جریان الکتریکی ورودی 36/7 میلی آمپر، فاصله دو الکترود 8 میلی متر و بارگذاری فلز 67/3 درصد وزنی به دست آورد.
    کلیدواژگان: هیدروژن زدایی اکسایشی، سوخت گاز، مایع، اکسیدآهن، میدان الکتریکی، HZSM-5
|
  • Seyyed Hassan Hosseini, Ahmad Taghizadeh-Alisaraei, Barat Ghobadian, Ahmad Abbaszadeh Pages 1-16
    Biodiesel and some nano-catalysts are an important additive to diesel fuel and can improve the engine performance and reduce emissions. In this study, biodiesel was added to pure diesel with ratios of 5 and 10 percent. Then, the carbon nanotubes were mixed as additive with these blends with concentrations of 30, 60, and 90 ppm to evaluate the performance, emissions, and vibration levels in a diesel engine. An ANN model, based on standard back-propagation learning algorithm for the engine, was developed. Multi-layer perception network (MLP) was used. The input or independent parameters were fuel blend, engine speed, fuel density, fuel viscosity, LHV, intake manifold pressure, fuel consumption, exhaust gas temperature, oxygen contained in exhaust gases, oil temperature, relative humidity and ambient air pressure. The target parameters were performance, emissions and RMS and Kurtosis of engine vibrations. The results showed that the specific fuel consumption and CO and UHC emissions decreased, while NOx emission increased. Also, the ANN model showed the training algorithm of back-propagation with 20-20 neurons in hidden layers (logsig-logsig) is able to predict different parameters with good performance and accuracy. The corresponding R-values for training, validation and testing were 0.9999, 0.9985 and 0.9994, respectively.
    Keywords: Biodiesel with Carbon nanotubes, Emissions, vibration, Neural Network
  • Elmira Yazdanian, Nooshin Gholipour Zanjani, Arash Kamran-Pirzaman Pages 17-27
    Biodiesel, due to its environmental benefits and similar properties with diesel, is considered as a fossil fuel alternative. Rapeseed oil is used to produce biodiesel in presence of K2CO3/Al2O3. For catalyst preparation K2CO3 was loaded on the Al2O3 as support using impregnation. Taguchi’s experimental setup was used in a completely randomized design with two replications for transesterification reaction and investigating the effects of reaction time, temperature and catalyst concentration on biodiesel production efficiency and to optimize the number of experiments. Also, molar ratio of 15 to 1 (alcohol:oil), catalyst concentrations of 0.5, 1, 1.5, 2, 3 and 5 wt.%, reaction temperatures of 55, 65 and 75 °C, reaction times of 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 and 3 hr. and stirring rate of 600 rpm was used for transesterification reaction. Highest biodiesel yield (99%) was obtained by transesterification process at 65 °C using 2 wt. % of K2CO3/Al2O3 for 2 hr. Comparing these results to other researcher’s results shows that the loading ratio of K2CO3 compared to KNO3 and Ca(NO3)2 can increase the biodiesel production efficiency in alumina-based catalysts. Analysis of variance analysis with regard to catalyst, reaction time and temperature variables indicates that temperature changes have no significant effect on the efficiency of methyl ester production, but the effects of time and catalyst concentration on the reaction rate is quite significant.
    Keywords: Biodiesel, Heterogeneous catalyst, Potassium Carbonate, Alumina, Transesterification
  • Morteza Fathi, Davoud Domiri Ganji, Omid Jahanian Pages 28-39
    Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is an advantageous combustion concept for internal combustion engines in terms of efficiency and pollutant emissions. However, the limited operating range of this combustion concept suppressed its successful utilization. One applicable method to use this combustion concept in engines is to combine it with other similar combustion strategies, such as diesel and partially premixed combustion (PPC), while each combustion concept come into work during its optimum operating range. In this study, the transition from partially premixed combustion (PPC) to homogeneous charge compression ignition (HCCI) combustion is determined based on investigating the performance and emission characteristics obtained from experimental data. The determination is based on the fact that in the direct-injection (DI) HCCI combustion, the stratification generated from the fuel injection is not an influencing factor. The results reveal that in the case of very early fuel injection timing (when the whole injection is completed before 60 crank angle degrees to top dead center) the HCCI combustion regime is obtained.
    Keywords: Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, fuel injection, partially premixed combustion (PPC), charge stratification
  • Pages 41-52
    In this investigation, HZSM-5 zeolite with AlCl3 as aluminum source were synthesized by hydrothermal method and modified with cobalt. HZSM-5 and Co/HZSM-5 zeolites were used to investigate the product distribution in LPG fuel cracking. The prepared HZSM-5 and Co/HZSM-5 catalysts were characterized by XRD, FTIR, SEM, BET, XRF, NH3-TPD and Al MAS NMR analyses. The results of NH3-TPD showed that the acidity of Co/HZSM-5 zeolite was lower than HZSM-5. Aluminum distribution in the framework of HZSM-5 was determined by chemical analysis of XRF and reflectance UV-Visible analysis. The results indicated that the proportion of close Al atoms and single Al atoms in the zeolite framework was found to be 28.6% and 71.4%, respectively. The obtained olefin yield for Co/HZSM-5 (48.1%) was higher than HZSM-5 (45.4%) in catalytic cracking of LPG fuel. The yield of C5 heavy products, the formed coke and deactivation rate for Co/HZSM-5 catalyst were lower than unmodified HZSM-5.
    Keywords: LPG fuel, HZSM-5, Close Aluminum, Cobalt, Olefin
  • Raouf Mobasheri, Mahdi Seddiq Pages 53-71
    In current research, the simultaneous effects of pilot fuel quantity and pilot injection timing on air-fuel mixing process, engine performance and the amount of pollutant emissions have been investigated in a High Speed Direct Injection (HSDI) turbo-charged diesel engine. For this purpose, a modified parameter called “Homogeneity Factor (HF)” has been applied as a new measure for analyzing the air-fuel mixing process. The simulated results has been firstly compared with the experimental data and a very good agreement has been achieved for simulating the in-cylinder pressure, the heat release rate and the amount of pollutant emissions. The results show that the pilot fuel quantity is more effective on air-fuel mixing quality than pilot injection timing. By advancing the start of pilot injection timing, the maximum amount of Homogeneity Factor (HF) during pilot injection, is achieved at an earlier time. As a result, for earlier SOP timing, a sufficient mixing is available to achieve a more homogeneous at the time of ignition.
    Keywords: Diesel Engine, Homogeneity Factor, Pilot Injection, Engine Performance, Pollutant Emission
  • Ali Asghari, Kiumars Mazaheri*, Alireza Alipour, Esmaeil Ebrahimi Fordoei* Pages 73-91
    In this article, steam injection into oxidizer and hydrogen injection into fuel are studied in order to reduce carbon monoxide production with CO2 injection into oxidizer in oxy-fuel combustion. For this purpose, one dimensional simulations with a counter flow diffusion flame solver and three dimensional simulations with openFoam software were performed. In the one dimensional simulations, the effects the injections on carbon monoxide emission index are investigated. The results indicate that injecting steam into the oxidizer decreases carbon monoxide emission index, while injecting hydrogen into the fuel acts in reverse. In the three dimensional study, due to very high computational costs, only the effect of steam injection into oxidizer is investigated as a suitable solution for reducing carbon monoxide emissions. The results obtained in thesesimulations show that steam injection in the oxidizer reduces of carbon monoxide production in the reactionzone and also the emissions from the furnace outlet.
    Keywords: Oxy-Fuel combustion, Water steam injection, CO2 injection, Reduction of carbon monoxide production
  • Amin Alamdari, Ramin Karimzadeh Pages 93-112
    The change in the Fermi level at the catalyst surface affects the catalytic activity. One way to change this level is to use an external electric field in the heterogeneous catalytic process. In this research, HZSM-5 was loaded with iron oxide and inserted in an external electric field with the proper strength for analyzing catalytic activity. This research is the first report presented for the synergistic effect of zeolite and external electric field to produce olefin, which has a higher activity than conventional methods. In a high voltage electric field, the energy band deviates, and the deviation of energy band increased the activity. The experimental design of the CCD was done using Design-Expert 7.3 software so that the relationship between the four process variables, namely: temperature, electrical current, the distance between the two electrodes, and the amount of metal load, are obtained. The square model was significant for response variables. The results indicate that the maximum yield (50.42%) can be resulted at 662.5 ° C, the intensity of the electric current input 3.67 mA, the distance between the two electrodes of 8 mm and the loading of the metal 6.7 3 wt.%.
    Keywords: Oxidative dehydration, LPG fuel, iron oxide, electric field, HZSM-5