فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال دهم شماره 1 (پیاپی 19، بهار و تابستان 1396)

نشریه سوخت و احتراق
سال دهم شماره 1 (پیاپی 19، بهار و تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/06/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد عبداللهی، برات قبادیان*، غلامحسن نجفی صفحات 1-12
    هدف از انجام این تحقیق مصرف بهینه سورفکتانت در تولید سوخت های امولسیون و نانوامولسیون برای جلوگیری از مشکلات احتمالی استفاده بیش از اندازه آن و کاهش هزینه تولید با داشتن پایداری مناسب است. در این تحقیق، از دو سورفکتات توئین80 و اسپن80 برای تولید سوخت های امولسیون و نانوامولسیون استفاده شد. سوخت های امولسیون و نانوامولسیون آب-بیودیزل-گازوییل در مقادیر و HLB های مختلف سورفکتانت تولید شدند. در تمامی آزمایش ها از سوخت B5 به عنوان سوخت پایه و برای تولید امولسیون و نانوامولسیون از 5 درصد حجمی آب استفاده شد. امولسیون های تولیدشده از نظر ظاهری، شیری رنگ و کدر بودند. بین امولسیون ها با HLB های مختلف، امولسیون در 6HLB=، با 8 روز پایداری، دارای بیشترین پایداری بود. در ادامه، کمترین مقداری از سورفکتانت که برای تولید امولسیون آب- بیودیزل-گازوییل مناسب ارزیابی شد، 1 درصد حجمی در 6HLB= بود. همچنین، کمترین مقداری از سورفکتانت که نانوامولسیون در آن تولید شد، 5 درصد حجمی با 8= HLB بود.
    کلیدواژگان: موتور دیزل، امولسیون، نانوامولسیون، سورفکتانت، عدد HLB
  • محمد امیدی، محسن دوازده امامی* صفحات 13-24
    در پژوهش حاضر، عملکرد یک مشعل متخلخل دولایه ای، که در لایه اول سرامیک از جنس SiC و لایه دوم گلوله های آلومیناسیلیکاتی (Al2SiO5) استفاده شده است، به صورت تجربی بررسی شده است. یک موضوع بسیار مهم در رابطه با این مشعل ها پایداری شعله در سطح بستر متخلخل است. بنابراین، ضروری است که به منظور جلوگیری از ایجاد برگشت شعله ناگهانی در مشعل متخلخل، شرایطی که منجر به ناپایداری (پدیده برگشت شعله) می شود را بررسی کرد. در این تحقیق، اثرات قطر گلوله در پایین دست، نسبت هم ارزی و نرخ آتش بر دمای شعله، محدوده عملکرد پایدار مشعل، پدیده برگشت شعله و انتشار آلاینده ها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که شعله در محدوده نسبت هم ارزی 35/0 تا 45/0 در داخل بستر متخلخل پایدار می شود. با کاهش نسبت هم ارزی، شعله به سمت پایین دست حرکت می کند. همچنین، با افزایش قطر گلوله در پایین دست مشعل، دمای بیشینه شعله و دمای سطح مشعل کاهش می یابد. با افزایش نسبت هم ارزی، مدت زمان برگشت شعله کاهش می یابد. همچنین، با افزایش تخلخل در پایین دست مشعل مدت زمان برگشت شعله کاهش می یابد. میزان هوای اضافی نیز تاثیر قابل توجهی روی میزان CO دارد که میزان CO، با کاهش نسبت هم ارزی، کاهش می یابد. در تمام اندازه گیری ها، میزان NOx به خاطر دمای پایین شعله مقدار ناچیزی (کم تر از ppm 5) است.
    کلیدواژگان: مشعل متخلخل دولایه ای، محدوده پایداری شعله، دمای شعله، برگشت شعله، انتشار آلاینده
  • احسان محمدیان اصفهانی، کیومرث مظاهری*، هادی پاسدار شهری صفحات 25-45
    هدف تحقیق حاضر بررسی اثر عدد چرخش مسیر هوای اولیه و بازچرخش گازهای خروجی از دودکش در جهت دسترسی به احتراقی بهتر در مشعل دوگانه سوز نیروگاهی DDZ-G12 است. برای صحت سنجی نتایج حاصل از حل گرهای توسعه داده شده، دو مسئله معیار حل و نتایج عددی با داده های تجربی مقایسه و مدل های قابل اعتماد به منظور شبیه سازی جریان اغتشاشی و احتراقی غیرپیش آمیخته انتخاب شده است. با توجه به مشکل وجود دمای بالا در دهانه مشعل، ابتدا نقش عدد چرخش هوای اولیه بررسی شده است. نتایج نشان دادند که کاهش عدد چرخش از 8/0 به 48/0 باعث کاهش 423 درجه ای دما بر روی دهانه مشعل گشته و میزان آلاینده ناکس را به مقدار 88/34 درصد کاهش می دهد. نتایج بازچرخش گازهای خروجی از دودکش نشان می دهد که افزایش 30 درصدی بازچرخش گازهای خروجی از دودکش سبب کاهش 360 درجه ای دما بر روی دهانه مشعل و کاهش 43/69 درصدی آلاینده ناکس می شود. همچنین، نتایج نشان می دهد که بازچرخش گازهای خروجی از دودکش، منجر به پهن ترشدن شعله نیز شده است. اگرچه افزایش عرض شعله منجر به یکنواختی بهتر دما می شود، اما از طرفی، با افزایش بیش ازاندازه عرض شعله، احتمال برخورد شعله با دیواره ها نیز وجود خواهد داشت.
    کلیدواژگان: مشعل دوگانه سوز، عدد چرخش، شبیه سازی عددی، انتشار ناکس
  • رمضان علی دیانتی تیلکی، مرتضی جعفرصالحی*، رضا صفری، علیرضا موحدی صفحات 47-58
    هدف از این مطالعه تعیین میزان حذف دی اکسیدکربن و تولید زیست توده در فتوبیوراکتور با استفاده از ریزجلبک اسپیرولینا با تزریق گازهای حاصل از احتراق متان بود. آزمایش ها با ساخت فتوبیوراکتور و تزریق مداوم هوا و گاز احتراق، به صورت جداگانه، به راکتورهای حاوی محیط کشت فاقد هرگونه منبع کربن انجام شد. دی اکسیدکربن مورد نیاز در راکتور کنترل، از هوا و در راکتورهای آزمایش، از گاز احتراق تامین می شد. دبی جریان گاز عبوری از راکتور 5/1 لیتر بر دقیقه بود. منبع نور به دو صورت مصنوعی و طبیعی بود. نور مصنوعی با چهار عدد لامپ فلورسنت با شدت روشنایی 10 کیلولوکس در سطح مماس بر فتوبیوراکتور و در دو حالت پیوسته و متناوب آزمایش شد. غلظت دی اکسیدکربن ورودی به راکتورها در محدوده 580 تا 5000 قسمت در میلیون انتخاب شد و به وسیله دستگاه CO2 سنج اندازه گیری شد. میزان تولید زیست توده جلبک و همچنین تغییرات pH محلول اندازه گیری شد. حداکثر میزان تولید جلبک با دی اکسیدکربن هوا و جریان احتراق گاز متان حاوی4100 قسمت در میلیون دی اکسیدکربن، پس از هشت روز، تحت تابش نور متناوب به ترتیب به 07/0و 2/0 گرم در لیتر در روز و حداکثر غلظت زیست توده به ترتیب به 25/0 و 04/1 گرم در لیتر رسید. میزان تثبیت دی اکسیدکربن با غلظت 3300 و 4100 قسمت در میلیون تحت تابش نور متناوب به ترتیب به 5/2 و 13/3 درصد رسید. تولید زیست توده در نور مصنوعی متناوب 35 درصد کمتر از آزمایش با نور ثابت بود. با افزایش غلظت دی اکسیدکربن در گاز احتراق، میزان تولید زیست توده افزایش یافت. گاز حاصل از احتراق متان بدون پیش تصفیه در فتوبیوراکتور تزریق شد و حذف دی اکسیدکربن و تولید جلبک صورت گرفت.
    کلیدواژگان: دی اکسیدکربن، اسپیرولینا، گاز احتراق، متان
  • جعفر پاشایی، رحیم خوشبختی سرای * صفحات 59-74
    فرایند آزادسازی انرژی در موتورهای اشتعال جرقه ای رابطه مستقیمی با روند گسترش شعله در محفظه احتراق دارد. در این تحقیق، با شبیه سازی فرایند احتراق گاز طبیعی در یک موتور اشتعال جرقه ای، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، رفتار شعله در نزدیک دیواره ها و دور از آن بررسی شده است. آزمون های تجربی در دورهای مختلف و با تغییر زاویه جرقه زنی انجام شده است. شبیه سازی به صورت چرخه بسته بوده و نتایج مدل با داده های تجربی اعتباردهی شده، که از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج نشان می دهد، با قرارگرفتن جرقه شمع در خارج از مرکز هندسی سرسیلندر، فرض گسترش شعله به صورت کره های هم مرکز صحیح نیست و دیواره نزدیک شعله، جلوی پیشروی آن را گرفته و سطح شعله از حالت کروی خارج می شود. پیشروی شعله متلاطم گاز طبیعی در سه مرحله انجام می گیرد: 1- گسترش اولیه سطح شعله با شتاب زیاد که 15درصد جرم سوخت، با شیب آهنگ آزادسازی انرژی بالا، در این مرحله می سوزد. 2- بعد از برخورد سطح شعله با کف پیستون، آهنگ سوختن با نرخ تقریبا ثابت ادامه می یابد. 30 درصد جرم سوخت در حالت شمع خارج از مرکز و 50 درصد سوخت در حالت شمع مرکز، در این مرحله می سوزد. 3- کاهش شتاب گسترش شعله بعد از برخورد سطح شعله با دیواره های جانبی که 55 درصد جرم سوخت در حالت شمع خارج از مرکز و 35 درصد در حالت شمع در مرکز، در این مرحله می سوزد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال جرقه ای، گاز طبیعی، سطح شعله، دیواره، دینامیک سیالات محاسباتی
  • شیما اروجی، رضا خوشبین، رامین کریم زاده* صفحات 75-85
    در این مقاله، تعادل ترمودینامیکی فرایند شکست حرارتی هیدروکربن سنگین به منظور تولید بنزین مطالعه شده است. محاسبات تعادلی با به کارگیری روش حداقل سازی انرژی آزاد گیبس صورت گرفته است. وابستگی میزان بازده محصولات، ازجمله بنزین، به شرایط عملیاتی ازقبیل دما (K1200-300)، فشار (atm30-1) و نسبت بخار آب به خوراک (5/0-0) بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که افزایش دما تاثیر مثبتی در تولید بنزین دارد. به صورتی که در فشار ثابت atm1، با افزایش دما از K500 تا K800، بازده تولید بنزین از 5/41 درصد به 8/92 درصد می رسد. ماهیت گرماگیر واکنش شکست حرارتی هیدروکربن های سنگین دلیل افزایش بازده بنزین در اثر افزایش دماست. اما، با افزایش فشار در دمای ثابت، از میزان تولید بنزین کاسته می شود و این امر بیانگر تاثیر منفی فشار بر میزان تولید بنزین است. علاوه بر این، بازده بنزین تولیدی با افزایش نسبت بخار آب به خوراک از صفر تا 5/0، 45 درصد کاهش داشته است. نتایج حاکی از آن است که بازه دمایی K1200-800، محدوده فشار atm5-1 و عدم حضور بخار آب شرایط عملیاتی بهینه برای تولید بنزین از طریق فرایند شکست حرارتی هیدروکربن های سنگین است.
    کلیدواژگان: هیدروکربن های سنگین، شکست حرارتی، بنزین، ترمودینامیک، انرژی آزاد گیبس
  • امیرحسین عظیمی، مسعود عیدی عطارزاده*، صادق تابع جماعت، عباس عونی، صالحه ذهاب، محمد مهدی بال زده، بنیامین کنکاش ور، مجید آق صفحات 87-104
    در این مقاله، به طراحی و ساخت آزمونگر محفظه احتراق توربین گاز و آزمایش محفظه نمونه در شرایط اتمسفریک پرداخته شده است. از این آزمونگر می توان به منظور بررسی اثر تغییرات هندسی بر روی عملکرد محفظه احتراق، استخراج نقشه اشتعال پذیری و پایداری، بررسی ترکیب گازهای خروجی، توزیع دمای گازهای خروجی و دمای جداره محفظه استفاده کرد. آزمونگر ساخته شده، قادر به آزمایش محفظه احتراق تا حداکثر دبی هوا 800 مترمکعب بر ساعت بوده و قابلیت پیش گرم کردن هوای ورودی به محفظه تا حداکثر دمای 1000 کلوین را دارد. این آزمونگر قادر به انجام آزمایش با انواع سوخت های مایع، گاز طبیعی و LPG است. یک قطاع تک انژکتوره محفظه احتراق حلقوی در مقطع آزمون نصب شده است. محفظه در شرایط اتمسفریک و دبی هوا و دبی سوخت مختلف آزمایش شده است. نتایج بیانگر آن است که دمای گازهای خروجی از محفظه احتراق به صورت غیرخطی با افزایش نسبت سوخت به هوا افزایش می یابد. با استفاده از مدل یک بعدی، دمای خروجی از محفظه احتراق پیش بینی شده و با نتایج تجربی مقایسه شده است. مدل مذکور روند تغییر دمای خروجی از محفظه احتراق را به خوبی پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: توربین گاز، محفظه احتراق، آزمونگر، مقطع آزمون، اتمسفریک
|
  • Mohammad Abdollahi, Barat Ghobadian *, Gholamhasan Najafi Pages 1-12
    In the present study, we aimed to investigate the optimum amount of surfactants to be used in emulsion and nano-emulsion fuels. This would ideally overcome the probable setbacks rooted in surfactant over use and dramatically decrease fuel production expanses, while preserving the fuel stability. In this regard, tween80 and span80 were exploited to produce emulsion and nano-emulsion fuels. The biodiesel-diesel-water emulsion and nano-emulsion fuels were produced in different quantities and HLBs of surfactant. All evaluations were carried out using the B5 as the base fuel and water volume percentage of 5. The produced emulsions had milky and turbid appearance. Being stable for 8 days, the emulsion with HLB of 6 indicates the highest stability. The volume percentage of 1 at HLB of 6 was determined to be the minimum amount of the surfactants required to produce biodiesel-diesel-water emulsions. Moreover, the volume percentage of 5 with HLB of 8 is reported to be the minimum amount of surfactants required to produce nano-emulsion.
    Keywords: Diesel Engine, Emulsion, Nano-emulsion, Surfactant, HLB number
  • Mohammad Omidi, Mohsen Davazdah Emami * Pages 13-24
    In the current research, a double-layer porous burner has been studied, in which SiC ceramics and alumina silicate (Al2SiO5) balls have been used in the first and second layers, respectively. A very important issue in relation to porous burners is to stabilize the flame on the surface of the porous media. Therefore, it is essential to evaluate the conditions that lead to instability (flashback phenomenon) in order to prevent sudden flashback of the flame in the porous burner. In this paper, the flame temperature, flame stability limit, flashback phenomenon and pollutants formation have been evaluated by changing operating parameters such as diameter of the balls, equivalence ratio and firing rate. Results show that a stable flame prevails in the range of equivalence ratio of 0.35-0.45. The flame moves downstream by reducing the equivalence ratio. Moreover, the maximum flame temperature and the surface temperature decrease by increasing the diameter of the balls. The flame flashback time decreases by increasing the equivalence ratio. In addition, increasing porosity downstream of the burner decreases flashback time. The amount of the excess air has a significant effect on the amount of CO, such that the concentration of CO reduces by reducing the equivalence ratio. The NOx concentration is negligible in all of the experiments (below 5 ppm) due to low temperature of the burner.
    Keywords: Two-layer porous burner, Flame stability limit, Flame temperature, Flashback, Emission
  • Ehsan Mohammadian Esfahani, Kiumars Mazaheri *, Hadi Pasdar Shahri Pages 25-45
    The purpose of this study is to investigate the impacts of swirl number and exhaust gas recirculation (EGR) to access better combustion, in a power plant burner. For this purpose, the dual fuel power plant burner DDZG12 in a wall fired boiler, has been chosen as case study. In order to validate the results, two benchmark problems were solved using two developed solvers. The numerical results were compared with experiments and the reliable models to simulate turbulent flow and non-premixed combustion were selected. Firstly, the role of primary air swirl number was evaluated considering that high temperature is one of the main challenges of these types of burners. The results show that reducing the swirl number from 0.8 to 0.48, causes the temperature to reduce 423K at the burner tip as well as 34.88 percent reduction in NOx emissions. The results of EGR show that recirculating 30 percent of the exhaust gas leads to 360K reduction in the temperature on the burner tip and 69.43 percent reduction in NOx emission. The results of EGR also show that recirculating the exhaust gases leads to widening of the flame. This leads to a more uniform temperature, but on the other hand increases the probability of flame impingement on the walls.
    Keywords: Dual fuel burner, swirl number, numerical simulation, NOx emission
  • Ramazan Ali Dianati Tilaki, Morteza Jafarsalehi *, Reza Safari, Alireza Movahedi Pages 47-58
    The aim of this study was to determine the amount of carbon dioxide uptake and biomass production in a photo bioreactor containing Spirulina microalgae as growth medium by injecting the products of natural gas combustion. A photo bioreactor was fabricated and combustion products of natural gas as well as air were injected by separate diffusers. The photo bioreactor was filled by growth medium without carbon source. In the control and test reactors, carbon dioxide was supplied by air and flue gas, respectively. Light source was natural and artificial. Artificial light source was four fluorescent lamps having 10 Klux intensity, which were operated in continuous and intermittent modes. The concentration of carbon dioxide entering in the test reactor was chosen in the range of 580 to 5000 ppm. The concentration of carbon dioxide in the inlet and outlet gas of the reactor was measured by a carbon dioxide detector equipped with NDIR. The algal biomass production and also changes in pH were measured. The flue gas was used as such without any scrubbing or desulfurization. The maximum production of algae using air and combustion products of natural gas having 4100 and 3300 ppm carbon dioxide using artificial intermittent light was 0.07 and 0.2 gL-1 d-1, respectively. Moreover, the maximum concentration of biomass was 0.25 and 1.04 gL-1, respectively. Carbon dioxide biofixation rate was 2.5 and 3.3% in the 3300 and 4100 ppm carbon dioxide runs. Natural gas combustion products can be injected in the photo bioreactor directly and without prior treatment, and it is possible to remove carbon dioxide and produce algae. Biomass productivity with intermittent light was 35% less than continuous light. With the increasing concentration of carbon dioxide in the combustion gas, algal biomass production increased.
    Keywords: Carbon dioxide, Spirulina, Biomass, Biofixation, Flue gas
  • Jafar Pashaei, Rahim Khoshbakhti Saray* Pages 59-74
    Heat release rate process in SI Engines is directly related to the flame propagation in the combustion chamber. In this study, by simulating natural gas combustion in SI Engines using CFD software, flame behavior is investigated near the wall. Experimental tests were performed for various engine speeds and spark timings. The engine simulation was done and the results were validated with experimental data at various engine operating conditions. The results were in good agreement with the corresponding experimental data. Results show that by keeping the spark plug out of the geometric center of the cylinder, the concentric spherical propagation assumption of flame is not true. The walls near the flame prevent its propagation and its shape deviates from the spherical shape. Finally, it can be concluded that, natural gas turbulent flame propagation occurred in three stages: 1- The initial propagation of flame with high acceleration, in which 15% of the fuel is burned with a high rate of H.R.R. 2- Colliding of the flame with the floor of the piston, H.R.R continues with almost constant rate, in which 30% and 50% of the fuel is burned for the off-centered and centered spark plug location, respectively. 3- Deceleration of flame propagation after colliding with the side walls, in which 55% and 35% of the fuel is burned for off-centered and centered spark plug location, respectively.
    Keywords: Spark Ignition Engine, Natural Gas, Flame Surface, Wall, Computational Fluids Dynamic
  • Shima Oruji, Reza Khoshbin, Ramin Karimzadeh * Pages 75-85
    In this paper, equilibrium thermodynamics of thermal cracking of heavy hydrocarbons for gasoline production has been investigated. Equilibrium calculations have been performed using the Gibbs free energy minimization method. The dependence of products yield on the operating conditions including temperature (300-1200K), pressure (1-30atm) and the steam to feed ratio (0-0.5) has been studied. Results showed that increasing temperature has a positive impact on the production of gasoline. For instance, in a constant pressure of 1atm, increasing temperature from 500 to 800K led to increasing gasoline yields from 5.41% to 8.92%. This is due to the endothermic nature of thermal cracking of heavy hydrocarbons. However, with increasing pressure at constant temperature, the amount of gasoline production decreased. This circumstance represents the adverse effect of pressure on gasoline yield. Results depicted that with increasing steam ratio from zero to 0.5, gasoline yield declined 45%. It can be concluded that the optimum operating conditions for gasoline production through thermal cracking of heavy hydrocarbons is within a temperature range of 8001200K, the pressure range of 1-5atm and in the absence of steam.
    Keywords: Heavy hydrocarbons, Thermal cracking, Gasoline, Thermodynamics, Gibbs free energy
  • Amirhossein Azimi, Masoud Eidiattarzade *, Sadegh Tabejamaat, Abbas Oni, Salehe Zahab, Mohammadmahdi Balzade, Benyamin Kankashvar, Majid Aghayari Pages 87-104
    In this paper, the design and construction of a gas turbine combustor test rig and the experimental results of a sample combustor sector at atmospheric conditions are described. This test rig can be used to evaluate the effects of geometric variations on the performance of the combustion chamber. Flammability, stability and ignition maps, exhaust gas composition and temperature profile, and liner wall temperature can be studied. This rig has the potentiality of performing combustion tests with maximum air flow rate of 800m3/h and preheated air up to 1000K, as well as different types of liquid or gas fuels. A single swirler sector of an annular combustor is tested at different air and fuel mass flow rates. The results show that the exhaust gas temperature has a non-linear corelation with the fuel to air ratio. Using a one-dimensional model, the exhaust temperature of the combustion chamber is predicted and compared with the experimental results. The model results show good agreement with the experimental results.
    Keywords: Gas turbine, Combustion chamber, Test rig, Test section, Atmospheric