فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال یازدهم شماره 3 (پاییز 1397)
  • سال یازدهم شماره 3 (پاییز 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/08/26
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سارا الماسی، برات قبادیان *، غلامحسن نجفی صفحات 1-18
    روانکار های برپایه روغن گیاهی یک منبع پایدار برای روانکاری قطعات متحرک در سیستم های مکانیکی محسوب می شوند. پایداری کم در برابر اکسایش و نقطه ریزش بالا دو مشکل عمده روغن های گیاهی است که مانع از استفاده گسترده آن ها به عنوان روانکار شده است. به منظور بهبود این معایب از روش ترانس استریفیکاسیون دومرحله ای استفاده شد. در مرحله اول، متیل استر روغن کلزای غیرخوراکی به روش ترانس استریفیکاسیون با استفاده از توان فراصوت تولید شد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیودیزل تولیدشده با استاندارد EN 14112 مطابقت دارد. در مرحله دوم، واکنش ترانس استریفیکاسیون معکوس متیل استر با تری متیلول پروپان آزمایش شد. به منظور اختلاط مناسب سرعت واکنش تولید بیوروانکار، از سامانه فراصوت استفاده شد که روش جدیدی به منظور تولید بیوروانکار است که برای اولین بار در جهان مورد استفاده قرار گرفته است. توان فراصوت با ایجاد پدیده کاویتاسیون موجب اختلاط مناسب و بهبود انتقال جرم و افزایش سرعت تولید بیوروانکار می شود. با ثابت نگه داشتن دما، نسبت مولی متیل استر به تری متیلول پروپان، کاتالیست و فشار خلا، اثر متغیر های مستقل پالس، دامنه و زمان بر بازده بیوروانکار و انرژی مصرفی با استفاده از روش rsmمورد بررسی قرار گرفت. بازده واکنش 82/2 درصد و انرژی مصرفی 116/728کیلوژول در پالس 40 درصد، دامنه 82/01 درصد و زمان 60 دقیقه به دست آمد. صحت بیوروانکار تولیدشده با استفاده از طیف سنج رزونانس مغناطیسی هسته-هیدروژن (H-NMR) تایید شد. برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی روانکار سنتزشده با استاندارد های اندازه گیری ارزیابی شد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیوروانکار سنتزشده با روانکار مرجع ISO VG 10 مطابقت دارد. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شد که با استفاده از سامانه التراسونیک می‏توان در مدت زمان خیلی کمتری نسبت به روش سنتی بیوروانکار را تولید کرد، و روش تولید بیوروانکار به کمک سامانه فراصوت می‏تواند به عنوان یک روش جدید به جهان معرفی شود.
    کلیدواژگان: بیوروانکار، توان فراصوت، ترانس استریفیکاسیون معکوس، حفره زایی
  • محمد ژیانی *، جواد رضایی، سعیده کمالی صفحات 19-28
    الکترولیز آب یکی از بهترین روش ها برای تولید هیدروژن با خلوص بالاست. یافتن کاتالیست های ارزان با پایداری زیاد و فعالیت خوب به جای فلزات نجیب، به عنوان الکترود هیدروژن، موضوع بسیاری از تحقیقات دنیاست. لذا، در این پژوهش، با هدف ساخت یک الکترود کارا برای تولید هیدروژن، نانو ذرات نیکل بر روی بستر گرافن رشد داده شده و روی فوم نیکل لایه نشانی شده اند. ساختار این نانو ذرات به وسیله تکنیک های مختلفی ازجمله FT-IR، XRD و SEM مورد بررسی قرار گرفت. برای ارزیابی رفتار الکتروشیمیایی نانو ذرات ساخته شده از تکنیک های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای و ولتامتری روبش خطی بهره برده شده است. نتایج نشان می دهد که فعالیت الکتروکاتالیستی نیکل با گذشت زمان بهبود می یابد، به گونه ای که پس از 500 پیمایش محدوده پتانسیل، Ni/rGO دارای بیش پتانسیل mV 281- در چگالی جریان mAcm-2 10 و شیب تافلی mVdec-1 126- است که این پارامترها پس از 5 پیمایش، به ترتیب، mV 303- و mV dec-1 149- هستند. برای مطالعه عملکرد این نانو ذرات در فرایند تولید هیدروژن در شرایط واقعی، یک سل الکترولیزی غشایی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این ارزیابی نشان می دهد که Ni/rGO در چگالی جریانmAcm-2 200 دارای پتانسیل 9/1 ولت است که در مقایسه با فوم نیکل دارای عملکرد بهتری است.
    کلیدواژگان: الالکترولیز آب، تولید هیدروژن، نانو کاتالیست نیکل، بستر گرافن، محیط آلکالاین، HER
  • حسنین عبدالرحمن کریم اللامی، محمد طبسی زاده *، عبدالعلی فرزاد، عباس روحانی صفحات 29-46
    در این تحقیق، پارامترهای موثر بر میزان تولید بیودیزل از روغن هسته خرما به سه روش حرارت دهی مرسوم، ماکروویو و فراصوت بررسی شد. به منظور انجام فرایند تولید بیودیزل، ابتدا واکنش استری با کاتالیست اسید سولفوریک انجام شد تا میزان اسید چرب آزاد موجود در روغن هسته خرما به میزان استاندارد برای واکنش ترانس استریفیکاسیون کاهش یابد. نتایج نشان داد که 1 درصد وزنی کاتالیست و نسبت مولی الکل به روغن 8 تا 9 میزان بهینه برای هر سه روش تولید بیودیزل بود. به عبارت دیگر، روش مورد استفاده تاثیری بر میزان کاتالیست و متانول مصرفی در فرایند نداشت. در روش حرارت دهی مرسوم دمای°C 56 به عنوان دمای بهینه انتخاب شد و توان تقریبا 300 وات، در هر دو روش ماکروویو و فراصوت، بالاترین بازده را فراهم کرد. اما تفاوت اصلی در کاهش زمان واکنش بود، به طوری که زمان واکنش از حدود 90 دقیقه برای رسیدن به نقطه تعادل در روش مرسوم به هفت ونیم دقیقه در روش فراصوت و تنها 3 دقیقه در روش ماکروویو کاهش یافت. ازلحاظ مصرف انرژی، روش ماکروویو مناسب تر از روش فراصوت شناخته شد. نتایح مدل سازی نیز نشان داد که مدل های پیشنهادی مطابقت مناسبی با مقدار آزمایشگاهی دارند. نسبت مولی متانول/روغن و دما در روش مرسوم، میزان کاتالیست و متانول در روش ماکروویو، و توان امواج فراصوت در روش فراصوت، بیشترین تاثیر را بر تبدیل روغن هسته خرما به بیودیزل داشتند.
    کلیدواژگان: روغن هسته خرما، بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون، حرارت دهی مرسوم، ماکروویو، فراصوت
  • علی نصیری طوسی *، عطیه صفایی عرشی صفحات 47-64
    امروزه، بخش قابل توجهی از انرژی حاصل احتراق سوخت های هیدروکربنی است. بنابراین، تلاش برای بهبود و اصلاح فرایندهای احتراقی و کاهش محصولات احتراق امری بسیار حائز اهمیت است. در این میان، تلاش برای کاهش انتشار دوده، به عنوان یکی از آلاینده های مهم که اثرات جبران ناپذیری بر سلامت انسان دارد، سال هاست که آغاز شده و از جهات گوناگون بررسی شده است. در این مقاله، پدیده تشکیل دوده، با استفاده از یکی از مدل های چندمرحله ای و پرکاربرد ارائه شده برای تشکیل و اکسیداسیون دوده، مدل شده است. مدل سازی عددی دوده با استفاده از کد کیوا نسخه 3V انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی فشار محفظه احتراق و مقدار دوده تشکیل شده در یک موتور دوزمانه دیزل با سیستم تزریق مستقیم اعتبارسنجی شده است. مشخصه های دوده، مانند غلظت گونه های تشکیل دهنده دوده، غلظت، تعداد، قطر، جرم، حجم و کسر حجمی ذرات دوده و زمان و مکان توده دوده در داخل سیلندر به عنوان خروجی بررسی شده است که با نتایج ذکرشده در منابع تطابق خوبی دارد.
    کلیدواژگان: احتراق، آلاینده، دوده، مدل سازی عددی
  • محسن تیموری، بهرام بحری *، فربد جهاندیده صفحات 65-77
    موتورهای احتراق دماپایین ازجمله موتورهای اشتعال تراکمی مخلوط همگن، با سوخت اتانول، با تولید اکسید نیتروژن و ذرات معلق کمتر و دارای بازده بالاست. در این مقاله، یک موتور دیزل تک سیلندر، هواخنک، پاشش مستقیم، چهارزمانه یانمار به موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن با سوخت اتانول تبدیل شده است و با استفاده از 30 نقطه عملکردی در دور موتور 1350 دور بر دقیقه، در چهار سطح نسبت هم ارزی و دمای هوای ورودی مختلف، ارتباط تغییرات پارامترهای احتراقی، آلودگی و صدای احتراق یک موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با توجه به پایین بودن دمای شعله آدیاباتیک، دمای اگزوز به ندرت از 260 درجه سانتی گراد بالاتر می رود و در صورت استفاده از مبدل کاتالیکی در این موتورها دمای اگزوز از دمای فعال شدن مبدل کاتالیکی کمتر بوده و لذا، این مبدل ها با بازده کمتری عملیات پالایش دود را انجام می دهند. در هر چهار سطح نسبت هم ارزی، با افزایش دمای هوای ورودی سطح صدای احتراق افزایش می یابد و سطح صدا به محدوده احتراق صدادار dB90 نزدیک می شود و باعث تولید صدای احتراق بیشتر می شود. در صورت به تاخیرافتادن احتراق، میزان دمای شعله آدیاباتیک کاهش می یابد و هرچه دمای شعله آدیاباتیک کمتر باشد هیدروکربن نسوخته ای بیشتری تولید می شود و موتور به سمت ناحیه احتراق ناقص و خاموش شدن می رود.
    کلیدواژگان: موتور های احتراقی دما پایین، اتانول، پارامترهای احتراق، سطح صدای احتراق
  • سید ابراهیم موسوی، حسن پهلوانزاده *، مسعود خانی، حبیب آل ابراعیم، عباس مظفری صفحات 79-92
    در این تحقیق، روش جدید برای حذف کاتالیستی دی اکسیدگوگرد از گازهای های حاصل از احتراق بررسی شد. آلومینا، آلومینا-مس و آلومینا-مولیبدن به عنوان کاتالیست برای واکنش دی اکسید گوگرد با متان و تبدیل آن به محصول مناسب سولفور آزمایش شد و نتایج آن ها ازلحاظ میزان تبدیل و انتخاب پذیری با یکدیگر مقایسه شد. تاثیر دما، نسبت خوراک ورودی (SO2/CH4) و طول عمر کاتالیست بررسی شد. بررسی تاثیر دما در محدوده 550-800 درجه سانتی گراد نشان داد واکنش به شدت وابسته به دماست. عملکرد کاتالیست های با مس و مولیبدن نسبت به کاتالیست آلومینا به شدت بهبود پیدا کرد و در بین همه کاتالیست ها، کاتالیست آلومینا-مس (10%) بهترین عملکرد را هم ازنظر میزان تبدیل و هم انتخاب پذیری از خود نشان داد. این کاتالیست در دمای 750 درجه سانتیگراد به میزان تبدیل 5/99 درصد و انتخاب پذیری بیش از 5/99 درصد رسید. تاثیر نسبت خوراک SO2/CH4 از 1 تا 3 بررسی و مشاهده شد که بهترین عملکرد کاتالیست ها در نسبت خوراک برابر مقدار استوکیومتری یعنی 2 است. همچنین، بررسی طول عمر کاتالیست نشان داد کاتالیست ها در زمان 5 ساعت پایداری بسیار مناسبی برای واکنش دارند.
    کلیدواژگان: حذف دی اکسید گوگرد از گازهای احتراق، کاهش کاتالیستی SO2، آلومینا-مس، آلومینا-مولیبدنیوم، نانو ذرات فلز روی آلومینا
  • آرمان رستم پور *، عطیه صفایی عرشی صفحات 93-111
    امروزه، با وجود مزیت های استفاده از فناوری تزریق مستقیم در موتورهای احتراق داخلی، این فناوری، همچنان، با چالش های مختلفی، نظیر هزینه های زیاد توسعه احتراق در این موتورها و آلایندگی، همراه است. این چالش ها منجر به ادامه روند تولید موتورهای تزریق در راهگاه ورودی شده است، به طوری که تولید این موتورها در برخی بازارهای بزرگ جهان رو به افزایش است. با توجه به وضع قوانین سختگیرانه مربوط به آلایندگی، موتورهای تزریق در راهگاه ورودی نیازمند بازنگری و استفاده از فناوری های نوین است. یکی از فناوری های معرفی شده برای بهبود عملکرد این موتورها فناوری APFI است. در طرح APFI، با تزریق سوخت در حالت دریچه باز، امکان استفاده از مزایای اصلی فناوری تزریق مستقیم با هزینه و چالش کم تر مهیا می شود. با توجه به لزوم معرفی و استفاده از فناوری های جدید در زمینه بهبود عملکرد موتور و کاهش آلایندگی آن، در این پژوهش، به بررسی تاثیر استفاده از دو انژکتور در راهگاه ورودی بر میزان خیس شدگی دیواره، نحوه توزیع سوخت درون محفظه احتراق و توان خروجی موتور پرداخته شده است. مطالعات نشان داد استفاده از این طرح میزان لایه سوخت تشکیل شده در سامانه تنفس موتور نسبت به موتور PFI پایه را 75 درصد کاهش می دهد. از طرفی، توزیع سوخت درون محفظه احتراق و در اطراف شمع کاملا همگن می شود، که منجربه بهبود فرایند احتراق و افزایش بیشینه فشار محفظه احتراق می شود. بررسی ها نشان داد که عملکرد مطلوب موتور APFI به شدت وابسته به زمان شروع تزریق است. لذا، بهترین زمان تزریق سوخت نیز، به عنوان نقطه بهینه کارکرد مشخص شد.
    کلیدواژگان: APFI، لایه سوخت، توزیع سوخت، فشار محفظه احتراق، تزریق در راهگاه ورودی
|
  • Sara Almasi, Barat Ghobadiyan*, Gholamhassan Najafi Pages 1-18
    Oil-based lubricants are a stable source for lubricating moving parts in mechanical systems. Low oxidative stability and high pour point are the major problems of vegetable oils that prevent their extensive use as a lubricant. In this study, two-stage transestrification method was used to improve the disadvantages of non-edible rapeseed oil. In the first step, methyl ester of non-edible rapeseed oil was produced by transestrification method using an ultrasound power. In the second step, using ultrasound power the reverse transesterification reaction of methyl ester with tri-methyl propanol was examined. In order to increase the reaction rate of biolubricant production, the ultrasound system was used, which is a new way to production of biolubricant. The ultrasound power by creating the phenomenon of cavitation causes proper mixing and improving the mass transfer and increasing the biolubricant production rate. The effects of independent variables such as pulse, amplitude, and time on the efficiency and energy consumption was investigated using RSM method. It should be noted that the variables such as temperature, the molar ratio of methyl ester to tri-methyl propanol, catalyst concentration, and vacuum pressure were considered constant. The biolubricant yield and energy consumption were 82.2% and 116.726 kJ under the optimized conditions, i.e., a pulse of 40%, an amplitude of 82.01%, and a reaction time of 60 min. The biolubricant was confirmed using nuclear-hydrogen magnetic resonance spectra (H-NMR). The physical and chemical properties of the synthesized biolubricant have been evaluated by measuring standards. The biolubricant prepared (using ultrasonic method) from non-edible rapeseed oil complies with the criteria dictated by ASTM D6751 standards. The physical and chemical properties of the synthesized biolubricant conform to the reference lubricant (ISO VG 10). Regarding the results, it was found that using ultrasonic system the biolubricant can be produced in much less time than the traditional method. The bioubricant production with ultrasonic system can be introduced as a new method to the world.
    Keywords: Biolubricant, Ultrasonic power, reverse Transestrificasion, Cavitation, RSM
  • Mohammad Zhiani *, Javad Rezaei, Saeedeh Kamali Pages 19-28
    water electrolysis is one of the best methods for high purity Hydrogen (and Oxygen) production. Using nonprecious and durable electrocatalysts with low overpotential and high activity instead of noble metals as cathode is one of the most investigated subjects. In this project, Nickel nanoparticles have been grown on the reduced graphene oxide support and deposited on Nickel foam substrate to employ as HER catalyst. The structures of this catalyst were investigated by various techniques such as FT-IR, XRD, and SEM. These techniques showed that applied method for synthesis of a porous and homogeneous elctrocatalayst was successful. To evaluate the electrochemical behavior of this nanocatalyst, cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry were applied. The electrocatalytic activity of Ni/rGO was improved after 500 CV cycles. The observed overpotential of Ni/rGO would be -281 mV at the current density of 10 mA cm-2 and Tafel slope of -126 mV dec-1. Whereas, these parameters for Ni/rGo after 5 CV cycles are -303 mV and -149 mV dec-1, respectively. Finally to study the performance of these nanoparticles in a real condition, an alkaline electrolysis cell was used. Ni/rGO exhibited the cell voltage of 1.9 V at the current density of 200 mA cm-2.
    Keywords: Water electrolysis, Hydrogen production, Ni nanoparticles, Graphene substrate, Alkaline medium, HER
  • Hassanian Abdulrahman Karim Allami, Mohammad Tabasizadeh *, Abdolali Farzad, Abbas rohani Pages 29-46
    In this study, the effective parameters on the amount of biodiesel production from date seed oil via three heating methods of conventional, microwave, and ultrasonic were assessed. In order to carry out the biodiesel production process, the esterification reaction using sulfuric acid as catalyst was firstly performed to reduce the free fatty acid content of date seed oil to the standard amount for transesterification reaction. The results showed that 1 wt.% of catalyst and 8-9 molar ratios of methanol to oil were the optimum amount for all of biodiesel production methods. In other words, utilized method has no effect on the amount of catalyst and methanol in the reaction. The temperature of 56 °C was selected as an optimum temperature in the conventional heating method and the power of around 300 W provided the highest yield in both microwave and ultrasonic methods. However, the major different was in the reduction of reaction time. It decreased from 90 min for conventional method to equilibrium point 7.5 and 3 min for ultrasonic and microwave methods, respectively. According to energy consumption, microwave method was known more suitable than ultrasonic method. The results of modeling presented that suggested models were in good agreement with the experimental values. Methanol/oil molar ratio and reaction temperature in the conventional method, amount of catalyst and methanol in the microwave method and power of ultrasonic waves in the ultrasonic method had the highest influence on the conversion of date seed oil to biodiesel.
    Keywords: Date seed oil, Biodiesel, Transesterification
  • Ali Nassiri Toosi *, Atieh Safaei Arshi Pages 47-64
    Nowadays, a considerable part of the energy is the result of the combustion of hydrocarbon fuels in combustion systems. Therefore, efforts to improve and modify combustion processes and reduce the undesirable byproducts are of great concern. Among all the efforts made to improve the performance of combustion systems including reduction of pollutants, reduction of soot emissions has received special attention. This is due to the fact that soot emission is one of the major pollutants that have irreparable effects on human health, and affects the quality of life. Since the first step to reduce the soot pollution is to provide a comprehensive overview of its structure, mechanisms and also the effective parameters of its production, in this study, the phenomenon of soot formation and oxidation are investigated using one of the multi-step models presented for the formation and oxidation of soot to identify the behavior and parameters affecting soot formation. Numerical modeling of this phenomenon is carried out using KIVA-3V code. The results of the simulation are validated using the experimental data of pressure and the amount of soot formed in the combustion chamber of a two-stroke diesel engine with a direct injection system. Soot characteristics i.e., mass, volume and volume fraction of soot, species concentration, soot concentration, particle number density, average particle diameter, and the time and place of soot content in the combustion chamber are discussed as outputs of the model. The results show good agreement with the experimental data.
    Keywords: combustion, pollutant, soot, numerical modeling
  • Mohsen Teimouri, Bahram Bahri *, Farbod Jahandideh Pages 65-77
    Low temperature combustion (LTC) engines such as homogeneous charge compression ignition engine (HCCI) have lower nitrogen oxide (NOx) and particle matter (PM) with higher efficiency. In this paper, one single cylinder, air cooled, direct injection Yanmar diesel engine is converted to HCCI engine fuelled with ethanol. Variation of combustion parameters, emissions and combustion noise level were studied by using 30 steady state HCCI operating points at 1350 RPM for four levels of equivalence ration at different intake air temperature (Tin). The results indicate that due to with lower amount of adiabatic flame temperature for HCCI engine, exhaust temperature (Texh) is lower than typical catalyst light-off temperatures (260°C) so, with using catalyst converter for this kind of engine the efficiency of catalyst converter may decrease. With increasing the Tin for all equivalence ratios the combustion noise level (CNL) increase and reach to the higher amounts near 90 dB (ringing region). With retarding the combustion timing, the adiabatic flame temperature decreases so higher amount of air pollution (unburned hydrocarbon (uHC)) is produced and engine operates near misfire region.
    Keywords: LTC, ethanol, combustion parameters, combustion noise levels
  • Seyyed Ebrahim Mousavi, Hassan Pahlavanzadeh *, Masoud Khani, habib Ale Ebrahim, Abbas Mozaffari Pages 79-92
    In this work, new method for removal of sulfur dioxide from combustion gases was studied. Al2O3, Cu-Al2O3, and Mo-Al2O3 were examined as the catalysts for reduction of sulfur dioxide to elemental sulfur with methane and their performances were compared in terms of SO2 conversion and selectivity. The effects of temperature, SO2/CH4 molar ratio, and reaction time on SO2 reduction were studied. The operating temperature range was 550–800 °C and it was observed that the reaction is strongly temperature dependent. Performance of the catalyst extremely enhanced when molybdenum and copper were added as promoters, and the Al2O3-Cu (10%) catalyst showed the best performance between of all the catalysts in terms of SO2 conversion and selectivity. For the Al2O3-Co(10%) as the best catalyst, the conversion of 99.5% and selectivity more than 99.5% were achieved at 750 °C. Effect of molar feed ratio of SO2/CH4= 3-1 was studied and stoichiometric feed ratio showed the best performance. Also, investigation of reaction time for catalysts showed a good long-term stability for SO2 reduction with methane in 5 hours.
    Keywords: SO2 removal from combustion gases, Catalytic reduction of SO2, alumina-copper, alumina-molybdenum
  • Arman Rostampour *, Atieh Safaei Arshi Pages 93-111
    Using GDI technology has a lot of challenges for automotive manufacturers such as a combustion development so PFI engines have been produced and even, in some markets, their production is increasing. Regarding to the strict emission legislations, PFI engines need improvement and using novel technologies. One of these technologies is APFI concept. This concept could approximately achieve the main advantages of GDI technology by less cost and challenges. In this study, the effect of APFI on the wall wetting, fuel distribution in combustion chamber and output power are investigated. It shows that using this concept could decrease fuel film mass on intake system about 75 percent. In the other hand, fuel distribution in combustion chamber (around spark plug) becomes homogenous which causes improvement in combustion progress and increases in-cylinder peak pressure. Investigations show that the APFI engines are sensitive to the injection timing so the optimum time for start of injection is investigated.
    Keywords: APFI, Fuel film, fuel distribution, In-cylinder pressure, Port fuel injection