فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال دهم شماره 3 (پیاپی 21، زمستان 1396)

نشریه سوخت و احتراق
سال دهم شماره 3 (پیاپی 21، زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1397/01/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • ندا یاری، مصطفی مصطفایی *، لیلا ندرلو، سید محمد صفی الدین اردبیلی صفحات 1-14
    در تحقیق حاضر هدف تولید بیودیزل از روغن ضایعات ماهی و متانول و استفاده از ترکیب همزن و ریز موج به عنوان تکنیکی برای سرعت بخشیدن به این امر می باشد. در انجام این تحقیق از سامانه ی ریز موج استفاده شد که شامل منبع ریزموج، همزن، لوله ی مارپیچی و دکانتور می باشد. به کمک این سامانه اثر عوامل نسبت مولی الکل به روغن (4 به 1، 6 به 1 و 8 به 1)، غلظت کاتالیزور (5/0، 1 و 5/1 درصد وزنی روغن)، زمان همزنی (5، 15 و 25 دقیقه) و زمان مایکروویو (5/0، 5/1 و 5/2 دقیقه) بر روی درصد تبدیل اسیدهای چرب به متیل استر بررسی شد. برای تجزیه و تحلیل نتایج از روش سطح پاسخ (RSM) و طرح باکس بنکن (Box Behnken) در نرم افزار Deisign Exeprt استفاده شد. پس از تحلیل داده ها و بهینه سازی واکنش تولید بیودیزل مشخص شد که بیشترین درصد تبدیل بیودیزل (62/92) در غلظت کاتالیزور 13/1%، زمان واکنش 61/24 دقیقه، نسبت مولی الکل به روغن 91/5 و زمان مایکروویو 5/0 دقیقه به دست آمد. مدل رگرسیونی بین متغیرهای مستقل و متغیر وابسته (درصد تبدیل) به صورت معادله درجه دوم با ضریب تبیین 9953/0=R2 به دست آمد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، روغن ضایعات ماهی، ترانس استریفیکاسیون، ریزموج، روش سطح پاسخ
  • فرزاد جلیلیان تبار، غلامحسن نجفی * صفحات 15-32
    در این پژوهش تاثیر بار و سرعت موتور و همچنین نسبت EGR و نسبت سوخت بیودیزل بر متغیرهای عملکردی و آلاینده های یک موتور دیزل تک سیلندر چهار زمانه بررسی گردید. همچنین با استفاده از روش بهینه سازی سطح پاسخ (RSM)، عوامل در نظر گرفته شده، بهینه سازی گردید. با استفاده از سامانه EGR، آلاینده 〖«NO» 〗_«x» کاهش یافت به گونه ای که بالاترین مقدار کاهش آلاینده 〖«NO» 〗_«x» برابر با 7/63 درصد و برای سوخت B10 و نسبت 30 درصد EGR بوده است. استفاده همزمان از سامانه EGR و سوخت بیودیزل موجب کاهش آلاینده CO به ترتیب برابر با 04/4، 12 و 73/1 درصد برای دورهای موتور 1800، 2100 و 2400 دور بر دقیقه گردید. بالاترین میزان کاهش آلاینده UHC برابر با 05/54 درصد بوده است و بدین ترتیب افزایش، از این رو آلاینده به دلیل استفاده از سامانه EGR تا حدود زیادی کنترل شد. نقطه بهینه شده توسط روش بهینه سازی RSM بدین صورت بود که اگر موتور در بار 3/45 درصد، دور موتور rpm 2080 کار کند، برای داشتن حداکثر کارایی و حداقل آلایندگی باید نسبت EGR 97/14 درصد و مقدار بیودیزل مخلوط شده با سوخت دیزل برابر با 43/5 درصد باشد.
    کلیدواژگان: آلاینده، بیودیزل، بهینه سازی، EGR، _ RSM
  • محمد شهسواری *، محمدعلی سرودی، موسی یزدانی، سارا منتظری نژاد، یوسف باقری صفحات 33-49
    هدف اصلی مقاله حاضر، پیش بینی آلاینده CO در یک محفظه احتراق توربین گاز زمینی 25 مگاواتی است. محفظه احتراق این توربین گاز، متشکل از 18 مشعل EV نسل دوم می باشد. برای نیل به هدف فوق، در مقاله حاضر، از مدل دو معادله k-ε برای مدل سازی میدان جریان آشفته استفاده شده است. همچنین میدان احتراقی آشفته با استفاده از مدل احتراقی نرخ محدود اضمحلال ادی به کمک یک واکنش کلی دومرحله ای شبیه سازی شده است. با توجه به تحقیقات اولیه، واکنش شیمیایی کلی دومرحله ای توانایی پیش بینی آلاینده CO را ندارد. برای رفع این نقص، در مطالعه حاضر، مکانیزم شیمیایی به گونه ای بهینه شده است تا بتواند آلاینده CO را در محفظه احتراق به خوبی پیش بینی کند. بهینه سازی های مذکور بر روی توان ترم دما در نرخ واکنش ها انجام شده است. نتایج این بهینه سازی ها نشان می دهد که مکانیزم بهینه سازی شده می تواند آلاینده CO را با دقت مناسب در شرایط کاری مختلف توربین گاز مزبور پیش بینی نماید. بررسی های حاضر نشان می دهد که تغییرات ایجادشده در واکنش دومرحله ای تاثیری در محل پایداری و شکل شعله در داخل محفظه ندارد و تنها اثر این مکانیزم تصحیح پیش بینی آلاینده CO می باشد.
    کلیدواژگان: آلاینده CO، مدل آشفتگی k، ?، مدل احتراق نرخ محدود اضمحلال ادی، مشعل EV نسل دوم
  • محمدعلی عابدی، رامین کریم زاده *، سعید عباسی زاده صفحات 51-64
    در این پژوهش فرایند جذب ترکیب 4و6-دی متیل دی بنزو تیوفن از سوخت مدل (نرمال هگزان - 4و6-دی متیل دی بنزو تیوفن)، توسط جاذب های Al2O3 و Ni/Al2O3 موردمطالعه قرار گرفت. بهترین آلومینای تجاری از بین 4 نوع آلومینای تهیه شده از شرکت های داخلی، توسط آزمایش جذب، انتخاب شد. برای افزایش ظرفیت جذب، درصدهای مختلف فلز نیکل روی سطح آلومینا با روش تلقیح مرطوب بارگذاری شد و تاثیر آن بر میزان جذب موردبررسی قرار گرفت. آزمایش های جذب سطحی در فرایند ناپیوسته و به مدت 24 ساعت موردمطالعه قرار گرفت و میزان جذب توسط دستگاه طیف سنج نور مرئی-فرابنفش اندازه گیری شد؛ نمونه های سنتز شده توسط آنالیزهای طیف سنجی فلوئورسانس پرتو ایکس، پراش پرتو ایکس و تخلخل سنجی جذب و واجذب نیتروژن، مشخصه یابی و تحلیل شدند. نتایج نشان داد، بیشترین میزان جذب 4و6-دی متیل دی بنزو تیوفن از سوخت مدل با بارگذاری 15/0 گرم نیکل بر روی هر گرم آلومینا (0.15gr Ni/gr Al2O3)، به دست می آید. درنهایت داده های تعادلی جذب سطحی، با هم دماهای جذب لانگمویر، فروندلیچ و دوبینین-رادشکویچ برازش شدند و طبق نتایج مدل لانگمویر بیشترین تطابق را با داده های تعادلی از خود نشان داد و بر اساس آن ماکزیمم ظرفیت جذب برای جاذب های Al2O3 و 0.15Ni/Al2O3 به ترتیب 253/1 و 97/15 میلی گرم بر گرم به دست آمد.
    کلیدواژگان: گوگرد زدایی، جذب، نیکل، آلومینا، سوخت، 4و6، دی متیل دی بنزوتیوفن
  • حسین ازوجی، روزبه شفقت *، امید جهانیان صفحات 65-77
    احتراق اشتعال تراکمی شارژ همگن، به دلیل بازده حرارتی بالا و آلایندگی کم، به عنوان نسل جدید موتورهای احتراق داخلی مورد توجه قرار گرفته است. کنترل این نوع احتراق دشوار است، زیرا این امر توسط سینتیک شیمیایی مخلوط هوا و سوخت صورت می گیرد. در این مطالعه، یک مخلوط همگن از گاز طبیعی و هوا در یک موتور اشتعال تراکمی برای کاهش انتشار اکسیدهای نیتروژن و بهبود بهره وری حرارتی استفاده و برای کنترل زمان اشتعال و احتراق، مقدار کمی دی متیل اتر با گاز طبیعی مخلوط شد. یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی همراه با سینتیک شیمیایی برای بررسی اثر دما، فشار، نسبت هم ارزی بر احتراق و آلایندگی موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن استفاده شد. نتایج شبیه سازی نشان دادند با استفاده از این مخلوط می توان موتور را در یک محدوده بار گسترده راه اندازی کرد و با افزودن مقدار محدودی دی متیل اتر بازده حرارتی را افزایش داد. از نتایج مهم دیگر این مطالعه می توان به بهبود زمان شروع احتراق، افزایش بیشینه فشار و کاهش چشمگیر انتشار اکسیدهای نیتروژن در اثر افزودن دی متیل اتر اشاره کرد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن، دی متیل اتر، سوخت ترکیبی
  • حسین عطوف *، محسن دوازده امامی صفحات 79-92
    در این پژوهش روشی به نام تولید فلیملت از منیفولد (FGM) معرفی شده است که ترکیبی از دو روش کاهش سینتیک، یعنی روش فلیملت و روش منیفولد است. در این روش شعله چند بعدی بصورت مجموعه ای از شعله های یک بعدی در نظر گرفته شده است (روش فلیملت) و ساختار شعله توسط تعداد محدودی متغیر کنترلی تعیین می گردد (روش منیفولد). متغیرهای ترموشیمیایی در یک بانک داده ذخیره شده و در شبیه سازی شعله استفاده می شوند. در طول شبیه سازی معادله متغیرهای پیشرو نیز حل می شود. در این مطالعه به منظور دقت سنجی این روش، از یک مشعل یک بعدی شعله پایدار استفاده شده و نتایج حاصل دو شبیه سازی جریان واکنشی با روش های سینتیک جزئی و روش حاضر مقایسه شده است. در مرحله بعد روش FGM برای شبیه سازی شعله مدفون در محیط متخلخل بکار گرفته شده و نتایج بدست آمده از شبیه سازی که شامل نمودارهای دمای دو فاز گاز و جامد است، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. این تحقیق نشان می دهد که استفاده از روش FGM در مقایسه با روش سینتیک جزئی تا چه اندازه دارای دقت بوده و زمان انجام شبیه سازی احتراق را تا چندین برابر می تواند کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، شعله پیش مخلوط، روش تولید فلیملت از منیفولد
  • بهینه سازی متغیرهای عملکرد و آلایندگی موتور دیزل با استفاده از سوخت دیزل - روغن الکل به کمک روش سطح پاسخ
    سید محمد صفی الدین اردبیلی *، حسن ذکی دیزجی، محمد جواد شیخ داودی صفحات 93-104
    امروزه تمایل به تحقیق در زمینه سوخت های زیستی بر پایه الکل افزایش یافته است. روغن الکل، الکل با زنجیره طولانی بوده که محصول جانبی فرایند تولید بیواتانول به شمار می رود. در این تحقیق به بررسی عملکرد و آلاینده های موتور دیزل در ترکیبات مختلف روغن الکل در 5 سطح مختلف شامل (%0، %5، %10، %15 و %20)، بار (%0، %25، %50، %75 و %100) و سرعت موتور (1400،1700،2000،2300 و rpm 2600) به کمک روش سطح پاسخ (RSM) و طرح آزمایش مرکب مرکزی (CCD) پرداخته شد. بهینه سازی چند هدفه به منظور بیشینه کردن توان، گشتاور موتور وکمینه کردن مصرف سوخت ویژه وآلاینده ها شامل CO، CO2، UHC، NOX انجام شد. نتایج حاصل از بهینه سازی نرم افزار میزان روغن الکل% 57/11، سرعتrpm 2264 و بار %40 به عنوان ترکیب بهینه بدست آورده و مقادیر گشتاور، توان و مصرف سوخت ویژه به ترتیبN.m 9/10،Kw 9/1و Kg/Kw.hr 5/354پیش بینی گردید. میزان آلاینده های موتور شامل CO، UHC، CO2 و NOX در این نقطه به ترتیب 19/0، 5/54، 34/2 و 7/87 درصدحجمی بدست آمد. نتایج نشان داد با افزایش در میزان نسبت روغن الکل، توان و گشتاور موتور در دورهای متفاوت موتور افزایش یافته و میزان NOX و UHC کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: روغن الکل، عملکرد موتور، آلاینده های خروجی، روش سطح پاسخ
|
  • Neda Yari, Mostafa Mostafaei *, Leila Naderloo, Seyed Mohammad Safieddin Ardebili Pages 1-14
    The purpose of the present study is to produce biodiesel from fish waste oil and methanol by combination of mechanical stirrer and microwave as a technique to accelerate this. In this research, a microwave system was used including microwave source, stirrer, spiral tube and decantor. With the help of this system, the effect of molar ratio of alcohol to oil (4 to 1, 6 to 1 and 8 to 1), catalyst concentration (0.5, 1 and 1.5 weight percent of oil), reaction time (5, 15 and 25 min) and microwave time (0.5, 1.5 and 2.5 min) on the conversion of fatty acid to methyl ester. For analyzing the obtained results, the response surface method and Box Behnken layout were used in Design Expert 10.0 software. After analyzing the data and optimizing the biodiesel production reaction, it was found that the highest percentage of biodiesel conversion (92.62%) was found in the catalyst concentration of 1.13%, the reaction time of 24.61, the molar ratio of alcohol to oil of 5.55 and the microwave time of 0.5 minute. The regression model between independent variables and dependent variable (percent conversion) was obtained as a quadratic equation with R2 = 0.9953.
    Keywords: Biodiesel, Fish waste oil, Transesterification, Microwave, Response surface method
  • Farzad Jaliliantabar, Gholamhassan Najafi * Pages 15-32
    In this research work effect of the different engine loads, engine speeds, EGR rates and biodiesel ratio in biodiesel diesel fuel blend on the emissions and performance parameters of a 4stroke single cylinder diesel engine have been investigated. The RSM method has been used to optimize the EGR rate, biodiesel percent and engine working mode. The highest decrease in NO_xemissions while using the biodiesel and EGR has been 63.76% with B10 fuel blend and 30% EGR rate. The simultaneous usage of EGR and biodiesel reduced CO emission of the engine by 4.04, 12 and 1.73% for low, medium and high engine speed. The biodiesel was decreased the HC emission of the engine and so it compensated the increase of HC due to EGR. The highest reduction in HC emission levels while using EGR and biodiesel simultaneously, has been 54.05%. It is noticeable that the total amount of the smoke emission levels while using EGR and biodiesel did not change considerably. The optimized condition proposed by the RSM method has been 45.3% engine load, 2080 rpm engine speed, 14.97 % EGR rate and 5.43% biodiesel blend with diesel fuel.
    Keywords: Emission, Biodiesel, optimization, EGR, RSM
  • Mohammad Shahsavari *, Mohammad Ali Soroudi, Moosa Yazdani, Sara Montazerinejad, Yousef Bagheri Pages 33-49
    The main objective of the present paper is to predict CO emission in a stationary gas turbine combustor. The gas turbine combustor comprises 18 EV burners. To such aim, k-ϵ turbulent model along with finite rate eddy dissipation combustion model and a global two step kinetic mechanism are used to simulate the combustor flow field. Primary investigations show that the global two step mechanism underestimates CO pollutant at the combustor outlet by several orders of magnitude. Therefore, the global mechanism is tuned to capture CO pollutant. To such aim, temperature exponent of the Arrhenius form of reaction rate is tuned as a function of equivalence ratio. Investigations show that the tuned global mechanism using the present methodology accurately predicts CO emission in the stationary gas turbine at various operating conditions. The obtained results show that modifications of the global mechanism have no effect on the overall flame shape and flame lift-off distance.
    Keywords: CO Pollutant, k, ? Model, Finite Rate Eddy Dissipation Combustion Model, EV burner
  • Mohammad Ali Abedi, Ramin Karimzadeh *, Saeed Abbasizadeh Pages 51-64
    In this work, adsorption of 4,6-dimethyldibenzotiophene (4,6-DMDBT) on Al2O3 and Ni/Al2O3 adsorbents from model diesel fuel (n-hexane-4,6-DMDBT) was investigated in the batch system. At the first, the best alumina selected between 4 type of commercial alumina by adsorption process in the batch system, and then for enhance the adsorption capacity of alumina its surface modified with different percentage of nickel by wetness impregnation method. All adsorption experiments studied in batch systems and equilibrium data obtain after 24 hours in each system. For determination of adsorption capacity, UV-visible spectroscopy used and for characterization of adsorbents, we used XRD, XRF and nitrogen adsorption-desorption analyses. The results indicated that the highest adsorption capacity obtain when 0.15 gram of nickel load on 1 gram alumina (0.15gr Ni/gr Al2O3). Adsorption equilibrium data fitted with Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich isotherms and Langmuir isotherm best described this adsorption process and predicted maximum adsorption capacity 1.253 and 15.97 mg/g for Al2O3 and Ni/Al2O3 respectively.
    Keywords: Desulfurization, Adsorption, nickel, alumina, 4, 6, dimethyldibenzothiophene
  • Hosein Ezoji, Rouzbeh Shafaghat *, Omid Jahanian Pages 65-77
    Homogeneous charge compression ignition (HCCI) is regarded as the next generation combustion trend in terms of high thermal efficiency and low emissions. It is difficult to control autoignition and combustion because they are controlled primarily by the chemical kinetics of air/fuel mixture. In this study, a homogeneous mixture of natural-gas and air was used in a compression ignition engine to reduce NOx emissions and improve thermal efficiency. In order to control ignition timing and combustion, a small amount of Dimethyl Ether (DME) was mixed with the natural-gas. In this paper, a multi-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model coupled with chemical kinetics mechanisms was applied to investigate the effects of various temperatures, pressures, equivalence ratios and fuel compositions on the combustion performance and emission characteristics of an HCCI engine. The mixture could run the engine quietly and smoothly over a wide range of loads. Under the present test conditions, finite amount of DME was necessary in order to achieve ignition of the mixture. In addition, thermal efficiency was higher than that of methane fueled engine, when the DME proportion was optimized. NOx emissions were extremely low, however, the emissions of total unburned hydrocarbon were high.
    Keywords: HCCI, DME, fuel component
  • Hossein Atoof *, Mohsen Davazdah Emami Pages 79-92
    In this study a new method for computation of reacting flow in porous media is presented, which can be considered as a combination of two existing reduced chemistry approaches i.e. the flamelet and manifold approach, to speed up flame calculations. This method, referred to as the Flamelet-Generated Manifoldý (FGM) method, shares the idea with the flamelet approaches that a multi-dimensional flame may be considered as a set of one-dimensional flames. The thermo-chemical variables are stored in a database, which can be used in subsequent flame simulations. During flame simulation, conservation equations have to be solved for the controlling variables only. Test results of a two-dimensional methane/air flame shows that detailed chemistry computations are reproduced very well by using FGM with only one progress variable, apart from the enthalpy to account for energy losses. Using the FGM method, the computation time has been reduced several times in simulating flames, demonstrating the enormous potential of the method. Submerged flames within a porous medium simulated to show the applicability of presented method in predicting reacting flow in variable enthalpy problems. The predicted solid and gas temperatures are comparable to experiment, demonstrating the ability of the FGM method.
    Keywords: Porous media, premixed combustion, FGM method
  • Optimization of performance and Emission Characteristic of Fusel Oil - Diesel blends Using Response Surface Methodology
    Seyed Mohammad Safieddin Ardebili *, Hasan Zaki Dizaji, Mohammad Javad Sheikhdavoodi Pages 93-104
    The Alcohol based fuels has attracted the attention of alternative fuel researchers. Fusel oil is an alcohol based fuel collected as a by-product during bioethanol production. The main objective of this study is to determine the optimal blend ratio of fusel oil–gasoline regarding the performance and emissions of spark ignition engine using response surface methodology based on CCD design. In this research work, experimental investigations have been performed with different fusel oil–diesel levels (0%, 5%, 10%, 15% and 20%), different load (0%, 25%, 50%, 75% and 100%) and different engine speed (1400, 1700, 2000, 2300 and 2600 rpm).The multi-objective optimization was performed to maximize the power, torque and minimized BSFC, NOx, UHC and CO emission. The best condition of engine parameters was 11.57% for fusel oil, 40% load and 2264 rpm engine speed. The optimal values were 1.9 kW, 10.9 N.m, 354.5 g/kW h, 0.19, 54.5,2.34 and 87.7(V%) for power, Torque, BSFC, CO, UHC, CO2 and NOx emissions respectively. were prolonged. The results showed that fusel oil usage increased power and torque. It was found that both NOx and UHC emissions decreased.
    Keywords: Fusel oil, Engine Performance, Exhaust Emissions, Response surface methodology