فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال نهم شماره 1 (پیاپی 17، بهار و تابستان 1395)

نشریه سوخت و احتراق
سال نهم شماره 1 (پیاپی 17، بهار و تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/26
  • تعداد عناوین: 7
|
  • روزبه ریاضی *، علیرضا ترابی، محمد اسراردل، مازیار شفایی روشنی، شیدوش وکیلی پور، هادی زارع، هادی ویسی صفحه 1
    در این مطالعه، ارتباط بین مقادیر سطح آلاینده NOx، سطح نویز تولیدشده و میزان نوسانات فشار در یک محفظه احتراق آزمایشگاهی، با کاربرد در توربین های گازی نیروگاهی، نسبت به تغییرات پارامترهایی همچون نسبت هم ارزی کلی محفظه (φ) و میزان دبی پاشش سوخت ثانویه (Qsec)، با کمک دو روش داده کاوی مختلف بررسی شده است. پارامترهای سطح آلاینده NOx، سطح نویز و میزان نوسانات فشار تولیدشده در محفظه به عنوان مقادیر خروجی اندازه گیری شده از محفظه و همچنین پارامترهای نسبت هم ارزی کلی و دبی پاشش سوخت ثانویه به عنوان متغیرهای ورودی محفظه احتراق درنظر گرفته شدند. از شبکه عصبی پرسپترون (MLP) و روش پاسخ سطح (RSM) برای پیش بینی رابطه غیرخطی موجود بین پارامترهای ورودی و خروجی اندازه گیری شده محفظه احتراق استفاده شده است. آزمایش های مربوطه با به کارگیری چهار نوع انژکتور پاشش سوخت ثانویه، با ساختار هندسی و طراحی متفاوت، در شرایط نسبت هم ارزی کلی در محدوده 0/9~ 0/7 همراه با دبی های پاشش سوخت متفاوت در محدوده 4/2~0/6 لیتر بر دقیقه انجام پذیرفت. نتایج حاصل از پیش بینی پارامترها با دو روش داده کاوی مذکور نشان می دهند که این دو روش توانایی قابل قبولی در دستیابی به تطابق مناسب بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش بینی شده پارامترهای خروجی محفظه احتراق دارند. البته نتایج حاکی از آن است که روش MLP نسبت به RSM توانایی بیشتری در پیش بینی پارامترهای احتراقی این مطالعه (سطح آلاینده NOx، سطح نویز تولیدشده و میزان نوسانات فشار) دارد.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق با شعله پایدارشده چرخشی، پاشش سوخت ثانویه، شبکه عصبی مصنوعی، پاسخ سطح مبتنی بر چندجمله ای
  • حمیدرضا فجری *، امیرحسین شامخی، سیدعلی جزایری صفحه 23
    در این مقاله، به بررسی تاثیرات تغییر دما و فشار هوای ورودی بر عملکرد احتراق موتورهای اشتعال تراکمی با واکنش های کنترل شده می پردازیم. احتراق در موتورهای اشتعال تراکمی با واکنش های کنترل شده، که با استفاده از تغییر در میزان واکنش پذیری مخلوط سوخت و هوا در داخل محفظه سیلندر کنترل می شود، می تواند تحت تاثیر تغییر شرایط اولیه موتور، وضعیت عملکردی آن ازقبیل تولید آلاینده های اکسیدهای نیتروژن، شدت کوبش و وضعیت احتراق عادی آن تغییر کند. بدین منظور نقاط کاری مختلفی از موتور در سرعت های 1300 تا 3100 دور بر دقیقه با تغییر نسبت سوخت های ایزواکتان به هپتان نرمال در مقدار کل سوخت 60 و 100 میلی گرم انتخاب شده و تغییرات دمای هوای ورودی از 20- تا 60 درجه سانتی گراد و همچنین فشار هوای ورودی از 30 تا 60 کیلوپاسکال بررسی شده است. پایین بودن آلاینده اکسیدهای نیتروژن و حد استاندارد قرارگرفتن شدت کوبش و بالابودن بازده ناخالص موتور معیارهایی برای احتراق مناسب در این نوع از موتورهاست؛ لذا در این تحقیق به دنبال نقاطی از احتراق مناسب هستیم. در این مقاله، بررسی کاملی از وضعیت عملکرد موتور انجام شده و نقاطی که با تغییر فشار و دمای هوای ورودی باعث به وجودآمدن احتراق مناسب می شوند به نمایش درآمده است.
    کلیدواژگان: موتورهای RCCI، تغییر دمای هوای ورودی، تغییر فشار هوای ورودی، آلاینده اکسیدهای نیتروژن
  • رفعت محمدی * صفحه 39
    هدف این مقاله بررسی تاثیر جریان گاز در کانال سوخت و درون الکترود آند بر طیف امپدانس الکتروشیمیایی پیل سوختی اکسید جامد است. به این منظور، با درنظر گرفتن معادلات گذرای بقای جرم، بقای تکانه، بقای اجزاء و معادلات الکتروشیمیایی، امپدانس الکتروشیمیایی شبیه سازی شده است. نتایج به دست آمده نشان داده است که جریان گاز و انتقال جرم در کانال سوخت منجر به پیدایش کمانی به صورت یک نیم دایره فشرده شده و نامتقارن، با فرکانس آسودگی پایین (کمتر از 10 هرتز)، می شود. کمان حاصل از انتقال جرم درون الکترود متخلخل به شکل امپدانس واربرگ بوده و دارای فرکانس آسودگی بالاتر (در محدوده 100هرتز) است. تاثیر پارامترهایی همچون سرعت سوخت ورودی به آند، ضخامت الکترود و ترکیب سوخت ورودی بر طیف امپدانس و درنتیجه بر عملکرد پیل بررسی شده و نتایج به دست آمده تحلیل شده اند. با توجه به حجم زیاد محاسبات عددی لازم جهت شبیه سازی طیف امپدانس، با بررسی پارامتری انجام شده معیارهایی جهت انتخاب مدل ریاضی مناسب در شرایط مختلف نیز ارائه شده است. به این ترتیب، مدل به دست آمده برای تحلیل نتایج آزمایشگاهی طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و همچنین بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر عملکرد پیل و بهینه سازی اجزاء پیل کاربرد خواهد داشت. همچنین، می توان از تکرار آزمون های پرهزینه و زمان بر طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی اجتناب کرد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، امپدانس الکتروشیمیایی، امپدانس غلظت، مدلسازی گذرا
  • حسین فرامرزپور، کیومرث مظاهری *، علیرضا علی پور صفحه 59
    در این مطالعه، به بررسی تاثیر وجود پله بر حد بیرون زدگی شعله و دمای دیواره خارجی محفظه احتراق، در ابعاد میکرو، پرداخته شده است. همچنین، تاثیر نسبت هم ارزی مخلوط ورودی و ضریب انتقال حرارت رسانشی محفظه احتراق بر بازده تشعشعی مطالعه شده است. تاثیر پله از دو دیدگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش اول، تاثیر وجود پله، و در بخش دوم تاثیر اندازه پله و قطر محفظه مطالعه شده است. نتایج این مطالعات نشان می دهد که وجود پله بازه سرعت مخلوط ورودی برای بیرون زدگی شعله را وسیع تر می کند. همچنین، ارتفاع کمتر پله باعث افزایش دمای متوسط دیواره محفظه می شود. مطالعات درباره نقش قطر محفظه نشان داد که محفظه با قطر بیشتر دمای بیشتری برای دیواره خارجی محفظه حاصل می کند. بخش دیگر این مطالعه بیانگر اثر جنس محفظه و نسبت هم ارزی مخلوط ورودی بر بازده تشعشعی محفظه است. براساس نتایج این پژوهش، حداکثر بازده تشعشعی مخلوط هیدورژن و هوا در نسبت های هم ارزی رقیق حاصل می شود. همچنین، مطالعات نشان داد، جهت حصول حداکثر بازده تشعشعی، ضریب انتقال حرارت رسانشی باید مقداری بهینه داشته باشد.
    کلیدواژگان: احتراق در ابعاد میکرو، نسبت هم ارزی، بازده تشعشعی
  • عطاالله پورمحمود *، مصطفی قربان حسینی، آزاده کبریایی، محمد فرشچی صفحه 75
    در این پژوهش، پارامترهای عملکردی یک انژکتور پیچشی، به عنوان تابعی از اعداد رینولدز و وبر، مطالعه شده است. زاویه پاشش انژکتور، طول شکست صفحه مایع و ضریب تخلیه انژکتور، ازجمله پارامترهایی اند که به منظور شناخت رفتار انژکتور، بررسی شده و تغییرات آن ها به صورت تابعی از اعداد رینولدز و وبر بیان شده اند. در نهایت نیز، نتایج به دست آمده با نتایج مدل هایی نظیر مدل لیسا (LISA) مقایسه و ارزیابی شده اند. انژکتور مورد استفاده در این پژوهش، یک انژکتور پیچشی تک پایه ساده بوده و از آب به عنوان سیال عامل استفاده شده است. شرایط انجام تمامی آزمایش ها شرایط استاندارد اتمسفریک بوده است. تصویربرداری از میدان پاشش با استفاده از روش سایه نگاری انجام شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که در رینولدز 104×3، رژیم پاشش انژکتور از رژیم قطره چکانی به رژیم اتمیزاسیون تغییر یافته و با افزایش بیشتر رینولدز تا حد 104×3/7، رژیم کاملا توسعه یافته پاشش (که مخروط پاشش کامل می شود) حاکم می شود. همچنین، نتایج نشان می دهند که طول شکست صفحه مایع با عبارت We-0.5Re0.6 به صورت خطی متناسب است. از طرفی، با افزایش رینولدز، زاویه پاشش انژکتور ابتدا افزایش یافته و با افزایش بیشتر رینولدز، تقریبا ثابت می شود.
    کلیدواژگان: انژکتور پیچشی، شرلیط اتمسفریک، عدد رینولدز، طول شکست، زاویه افشانه
  • سید وحید قوامی، علی صلواتی زاده *، مهندس احمد جواهری، مسعود مسیح طهرانی، وحید اصفهانیان، قدرت الله حمزه نوا صفحه 85
    موتورهای احتراق داخلی بدون شک سهم عمده ای در بحران فزاینده آلودگی هوا و گرمایش کره زمین دارند. به علاوه، استفاده از گاز طبیعی فشرده، علی رغم داشتن ترکیبات متفاوت، به عنوان سوخت جایگزین گسترش یافته است. در این راستا، تحقیق حاضر به بررسی اثر غنی سازی سوخت گاز طبیعی تهران با هیدروژن بر آلایندگی و میزان تولید گازهای گلخانه ای در یک موتور گازسوز در نسبت تراکم بالا می پردازد. یک موتور جرقه ای تک سیلندر گازسوز به صورت جامع با استفاده از مدل دینامیک گاز یک بعدی و بهره بردن از استراتژی شبیه سازی ترمودینامیکی صفربعدی در المان های اصلی مدل سازی شده و یک زنجیره مفصل شیمیایی برای شبیه سازی احتراق داخل سیلندر استفاده شده است. مدل نهایی براساس توزیع فشار داخل سیلندر، دبی سوخت و دبی هوای مبتنی بر مشاهدات آزمایشگاهی کالیبره شده است. شبیه سازی عملکرد موتور در نسبت تراکم بالا (CR=16) و در دور موتور ثابت 2000 دور در دقیقه و بارهای مختلف انجام شده است. همچنین، شبیه سازی علاوه بر متان خالص به عنوان جایگزین گاز طبیعی، برای گاز واقعی مورد استفاده در شهر تهران نیز انجام پذیرفته و نتایج موتور پایه برای هر دو نوع سوخت با یافته های آزمایشگاهی یک نمونه موتور تک سیلندر آزمایشگاهی ارزش گذاری شده اند. مدل صحه گذاری شده برای پیش بینی رفتار عملکردی و آلایندگی موتور هنگام غنی سازی سوخت گاز طبیعی مصرفی با مقادیر متفاوت حجمی هیدروژن به کار رفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش درصد غنی سازی به وسیله هیدروژن، میزان مونواکسیدکربن، دی اکسیدکربن و متان در تمام شرایط کاهش می یابد. همچنین، علی رغم افزایش فشار بیشینه داخل سیلندر با افزایش درصد غنی سازی، میزان فشار متوسط اندیکاتوری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: غنی سازی به وسیله هیدروژن، موتور گازسوز، زنجیره مفصل شیمیایی، مدل سازی جامع موتور
  • احسان بهزاد، جاماسب پیرکندی *، مهدی جهرمی، مصطفی محمودی صفحه 99
    در تحقیق حاضر، برای پیش بینی محدوده خاموشی رقیق، روشی جدید براساس ترکیب شبیه سازی عددی و نتایج تجربی در یک محفظه احتراق حلقوی مقیاس شده، که دو چرخاننده محوری دارد، ارائه شده است که مبتنی بر پارامتر بارگذاری است. برای محاسبه این پارامتر، با استفاده از نرم افزار فلوئنت دو روش ارائه شد که در روش اول فقط بحث انتقال اجزاء مطرح شده و در روش دوم اتمیزاسیون و تبخیر سوخت نیز لحاظ شد تا نتایج دقیق تری حاصل شود. در تحلیل عددی، مدل اغتشاشی مورد استفاده بوده و روش حل سه بعدی، به صورت سرد (بدون مدلسازی احتراق) و در شرایط پایا انجام شده است. در نهایت، نتایج این دو روش و همچنین، کد مبتنی بر مدل نیمه تجربی با نتایج تجربی مقایسه شد که خطای روش اول و دوم شبیه سازی عددی برای پیش بینی محدوده خاموشی رقیق به ترتیب 11/48 و 1/86 درصد و براساس روش نیمه تجربی 46/73 درصد است.
    کلیدواژگان: پیش بینی خاموشی رقیق، رابطه نیمه تجربی، تحلیل عددی، محفظه احتراق
|
  • Rouzbeh Riazi *, Ali Reza Torabi, Mohammad Asrardel, Maziar Shafaee Roshani, Shidvash Vakilipour, Hadi Zare, Hadi Veisi Page 1
    In the present work, the relations between three output quantities measured in an experimental combustor and two input quantities of overall equivalence ratio (φ) and secondary fuel injection rate (Qsec) were studied. The three measured output quantities of the combustor are the amount of NOx emission, noise level, and the level of pressure oscillations generated by the combustion field. The experimental combustor has certain applications in power plant gas turbines. In order to study the relations between the measured output and input quantities of the combustor, two different data mining approaches were utilized. Specifically, in this research, Multilayer Perceptron (MLP) Neural Network and Response Surface Method (RSM) techniques were employed to provide an estimation of the nonlinear relationship between the inputs and outputs of the combustor. The related experiments were already performed using four different types of secondary fuel injectors (with different designs) for an overall equivalence ratio between φ =0.7~0.9, along with different amounts of secondary fuel injection rate in the range of Qsec=0.6~4.2 l/min. The results show that, in general, both the MLP neural network and RSM approaches have good predicting capability for estimation of noise level, level of pressure oscillations, and NOx emission. However, the degree of agreement between the predicted and measured values would even be enhanced for the case of NOx emission. Also, comparing the two data mining methods, the results indicate that the MLP neural network has better prediction ability for estimation of various combustor parameters than the RSM, for the cases of different injectors.
    Keywords: Swirl, stabilized Combustor, Secondary Fuel Injection, Artificial Neural Network, Polynomial Response Surface
  • Hamidreza Fajri *, Amirhossein Shamekhi, Seyed Ali Jazayeri Page 23
    In this paper, the effects of varying intake air temperature and pressure on RCCI engine are investigated. Combustion in an RCCI engine is controlled by varying the fuel reactivity in the combustion chamber, but it also affects some initial states and consequently performance parameters such as NOx formation and Ringing Intensity. In this paper, iso-octane as a low reactivity fuel and n-heptane as a high reactivity fuel have been used, and both speed and load have been swept to investigate the engine performance parameters. Different points in the engine performance interval from 1300rpm to 3100rpm have been considered, while varying the iso-octane to n-heptane ratio in a total fuel mass of 60mg and 100mg. The intake air temperature has been varied from -20℃ to 60℃ and its pressure from 30 to 60kPa. Lower NOx and Ringing Intensity and higher thermal efficiency are the best criteria for a good combustion in an RCCI engine. Therefore, based upon these criteria, the best conditions for a normal combustion are determined by varying the intake air temperature and pressure.
    Keywords: RCCI engine, Intake air temperature, Intake air pressure, NOx emission
  • Rafat Mohammadi * Page 39
    The purpose of the current study is to investigate the effects of gas flow in anode channel and within anode electrode on concentration impedance of a solid oxide fuel cell. The gas phase mass transport is modelled using transient conservation equations (momentum and species equations). Results show that gas flow and mass transport in the gas channel results in a depressed semicircle in the Nyquist plot with low relaxation frequency (less than 10Hz). In addition, gas transport in the thick porous anode leads to a Warburg diffusion impedance with relatively higher relaxation frequency (around 100Hz). The influences of parameters such as inlet gas velocity, electrode thickness and inlet gas compositions are also investigated and the results are discussed. From the simulation results, it is found that the EIS simulation produces a tool for both analysing experimental results of EIS and performance optimization of fuel cells. In addition, the developed simulation tool may allow for a reduction in the amount of costly trial and error experiments.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Electrochemical impedance, Concentration impedance, Transient modeling
  • Hosein Faramarzpour, Kiumars Mazaheri *, Alipoor Alireza Page 59
    The present numerical study investigates the effects of a step in a micro scale combustor on blow out limit and outer wall temperature. Also, the effects of the equivalence ratio of hydrogen-air mixture and combustion material on the emitter efficiency are scrutinized. The effects of the step in combustor is studied from two viewpoints: first the existence of the step, and second the step height and combustor diameter. The results showed that blow out limit is increased when using a step at the entrance of the combustion chamber. Besides, the mean wall temperature increases, while the flame temperature in the micro burner shows a more uniform behavior. It was observed, by comparing combustor 2 and 3, that the combustor with the lowest step height had higher (mean) wall temperature. On the other hand, the combustor with larger diameter achieves higher mean wall temperature. In this study, the effects of the equivalence ratio and conduction heat transfer coefficient on radiation efficiency of the micro burner are also investigated. It was observed that the maximum emitter efficiency of the micro burner is achieved for lean mixture. It was also observed that the conduction heat transfer coefficient has an optimum value.
    Keywords: Micro combustion, Equivalence ratio, Emitter efficiency
  • Ata Poormahmood *, Mostafa Ghorban Hosseini, Azadeh Kebriaee, Mohammad Farshchi Page 75
    Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technhlogy, Tehran, IranReceived: 2016.2.25, Received in revised form: 2016.6.21, Accepted: 2016.7.2In this paper, the operating parameters of a swirl injector were studied as a function of Reynolds number (Re) and Weber number (We). Spray cone angle, liquid sheet breakup length and injector discharge coefficient are the parameters which their dimensionless variations were studied to characterize the injector behavior in terms of Re and We. At the end, these experimental results were compared with those of some famous models, such as LISA. All the experiments were prformed using a simplex swirl injector. Moreover, water was used as the operating fluid sprayed in atmospheric conditions. The Shadowgraphy imaging method was used to visualize the injection spray. Experimental results show that by increasing Re, the injection regime varies from Dripping Mode to Atomization Mode at Re=3×104, and by further increasing Re, the fully developed mode (that creates a clear conical sheet) is achieved at Re=3.7×104. Also, results show that the breakup lengthvaries with We0.5Re0.6 linearly. Although increasing Re initially increases the spray cone angle, but beyond a specific Re, this trend is stopped.
    Keywords: Swirl injector, Atmospheric conditions, Reynols number, Breakup length, Spray angle
  • Seyed Vahid Ghavami, Ali Salavati, Zadeh *, Ahmad Javaheri, Masoud Masih Tehrani, Vahid Esfahanian, Ghodratollah Hamzeh, Nava Page 85
    Nowadays, the world is facing the air pollution and global warming crisis, in which the role of internal combustion engines is significant. On the other hand, in spite of diversities in its composition, compressed natural gas is considered as one of the best choices among alternative fuels. This investigation aims to explore the effects of hydrogen enrichment on formation of pollutants and greenhouse gases in engines working with natural gas at high compression ratios distributed in the city of Tehran. To accomplish this, a previously validated detailed chemical mechanism is embedded with a comprehensive one-dimensional engine model and the results are verified with experimental observations on fuel and air mass flow rates and in-cylinder pressure profile for a single-cylinder gas-fuelled spark ignition test engine, at constant engine speed of 2000rpm and compression ratio of 16. The verified model is then employed for performance and emission predictions under different amounts of hydrogen enrichment. The results indicate that with increase in the volume of hydrogen, the amount of emitted CO, CO2 and CH4 reduces, whereas despite the rise in the maximum in-cylinder pressure, the indicated mean effective pressure decreases.
    Keywords: Hydrogen Enrichment, Gas, fuelled Engine, Detailed Chemical Scheme, Comprehensive Engine Modeling
  • Ehsan Behzad, Jamasb Pirkandi *, Mehdi Jahromi, Mostafa Mahmoodi Page 99
    In the current paper a new approach is provided for prediction of Lean blow out, based on combining cold flow numerical simulations with test results in a particular combustion chamber based on loading parameter. Two approaches are presented to calculate these parameters using Ansys Fluent software. In the first method, only the species transport motif and in second method, the evaporation and atomization of kerosene fuel have been implicated to achieve more accurate results. Finally, the results of these two methods and also a code based on semi-empirical model were compared with experimental results. The errors of the semi-empirical code, first and second numerical methods were obtained as 46.73, 11.48 and 1.86, respectively.
    Keywords: Lean blow out prediction, Semi, empirical correlations, Numerical simulation, combustion chamber