فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1398)
  • سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/02/08
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد زارعین، محمدهادی خوش تقاضا*، حسین عامری مهابادی صفحات 1-12
    گرایش به تحقیق پیرامون تولید و کاربرد انرژی های تجدیدپذیر، ازجمله بیودیزل، به منظور کاهش گاز های گلخانه ای و آلایندگی های ناشی از سوخت های فسیلی، یکی از مهم ترین مواردی است که در سیاست های جهانی به آن پرداخته شده است. خواص دی الکتریک (έ، ثابت دی الکتریک و ′′ε، فاکتور اتلاف دی الکتریک) مواد نقش عمده ای در طراحی سامانه مایکروویو و فرایند تولید و فرآوری بیودیزل دارند.هدف از این پژوهش بررسی و ارزیابی خواص دی الکتریک بیودیزل کرچک در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از فناوری پیشرفته مایکروویو و بررسی ارتباط بین پارامترهای مختلف موثر آن است. در این تحقیق، اثرات زمان واکنش (1، 3 و 9 دقیقه)، غلظت کاتالیزور (1، 1/5 و 2 درصد وزن روغن) و تغییرات دما (30، 45 و 60 درجه سلسیوس) مورد مطالعه قرار گرفت. از سامانه بازتابش پروب در فرکانس MHz 2450 برای اندازه گیری خواص دی الکتریک استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش زمان واکنش و کاهش دما، مقادیر ثابت دی الکتریک افزایش و با کاهش غلظت کاتالیزور، دما و زمان واکنش، فاکتور اتلاف دی الکتریک کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بیودیزل کرچک، فرآیند تولید، خواص دی الکتریک، فرکانس، کاتالیزور
  • حسین مهدوی مقدم*، کامران یوسفی مجیر صفحات 13-30
    در این مقاله شبیه سازی عددی فرایند گازی سازی آسفالت آبکی (ذرات آسفالت مخلوط شده با آب) به عنوان یک سوخت مایع سنگین نفتی در داخل یک گازساز تک مرحله ای جریان حامل، با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت نسخه 15، در یک هندسه دو بعدی و بر اساس رویکرد اویلری-لاگرانژی انجام شده است. در این شبیه سازی توزیع سرعت، توزیع دما و توزیع کسر مولی گونه های گاز سنتز، محاسبه شده اند. اثر مدل های مختلف فرار زدایی، اندازه ذرات فاز گسسته و همچنین برای اولین بار اثر استفاده از ذرات غیرکروی در فاز گسسته برروی پارامترهای گازی سازی بررسی شده اند. نتایج به دست آمده از این تحقیق مشخص کرد که مخلوط آبکی آسفالت می تواند به عنوان خوراک مناسبی برای گازی سازی استفاده شود. در بررسی ذرات غیرکروی مشخص شد در صورت استفاده از ذرات با فاکتور شکل یک دهم، که بیشترین تفاوت را با ذرات کروی دارند، دمای محفظه اندکی افزایش و دمای بیشینه در فاصله نزدیک تری نسبت به ورودی ماده خوراک حاصل می شود.
    کلیدواژگان: سوخت های سنگین نفتی، راکتور جریان حامل، گازی سازی، فاز گسسته
  • سولماز فرح وشی، سبحان امامی* صفحات 31-49
    سالانه مقدار زیادی لجن نفتی حین بهره برداری و فعالیت های فرآیندی بر روی نفت خام تولید می شود. سوزاندن لجن نفتی در راستای بازیافت انرژی موجود در آن و همچنین به عنوان راهکاری جهت مدیریت این پسماند خطرناک می تواند مورد توجه قرار گیرد. در تحقیق حاضر، شبیه سازی عددی احتراق سوخت جامد مشتق شده از لجن نفتی پالایشگاهی در یک کوره ی دو بعدی دارای تقارن محوری انجام شده است. بررسی تاثیر قطر ذرات سوخت بر فرایند احتراق نشان داد با افزایش قطر ذرات از m 5-10×5 تا m 4-10×6، مقدار بیشینه ی دما حدود 14 درصد کاهش می یابد و مکان بیشینه ی دما نیز cm 40 از ورودی کوره دورتر می شود. به منظور بررسی اثر میزان آب گیری از لجن نفتی پالایشگاهی بر خواص احتراقی سوخت، مطالعه ای بر روی اثر میزان محتوای رطوبت سوخت انجام گرفت. نتایج حاضر نشان داد افزایش 30 درصدی جرم رطوبت در آنالیز تقریبی سوخت، مقدار بیشینه ی دما را در حدود 11 درصد کاهش می دهد. همچنین، تاثیر میزان دبی جرمی سوخت ورودی در بازهgr/s 15/0 تا gr/s 29/0 بررسی شد. در بازه مورد بررسی کاهش دبی سوخت تاثیر قابل توجهی بر بیشینه ی دمای گازهای احتراق نداشته، در حالی که میزان انتشار گازهای CO2 و CO به نحو مطلوبی کاهش می یابد. در نهایت نتایج حاصل از احتراق سوخت جامد مشتق شده از لجن نفتی نشان داد با انجام آماده سازی سوخت نظیر کاهش رطوبت و استفاده از ذرات با قطر کوچک تر می توان نتایج قابل قبولی به دست آورد و از ارزش حرارتی لجن نفتی به نحو مطلوبی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: لجن نفتی پالایشگاهی، احتراق سوخت جامد پودر شده، قطر ذرات، محتوای رطوبت، دبی جرمی سوخت ورودی
  • محمد جواد نوروزی*، مهدی صدیق، حسام الدین حبیبی صفحات 51-76
    در این مطالعه عددی، تاثیرات زمان بندی پاشش مستقیم سوخت دیزل و به کارگیری راهبرد سوراخ گروهی با زاویه واگرایی 10 درجه بر مشخصه های احتراق و قطره سازی ذرات سوخت، میزان آلاینده های منتشرشده و سطح عملکرد در یک موتور اشتعال تراکمی سنگین بررسی شده است. برای شبیه سازی احتراق، از مکانیزم سنتیک شیمیایی کاهش یافته با 61 گونه و 296 واکنش استفاده شده است. طبق نتایج، با کاهش طول دوره تاخیر در اشتعال بیشتر جرم سوخت در حالت نفوذی سوخته، فرایند احتراق تضعیف شده و در نتیجه میزان آلاینده ذرات دوده افزایش و سطح عملکرد موتور کاهش یافته است. همچنین، با تعویق زمان بندی پاشش سوخت دیزل همزمان با افزایش فشار و دمای محفظه احتراق، لزجت جریان درون سیلندر افزایش و ضریب نسبی پخش کاهش یافته است. با کاهش عرض افشانه، ذرات سوخت دیزل در ناحیه باریک ‏تری افشانده شده و به دلیل تراکم ناحیه ای افشانه، ذرات سوخت بیشتری باهم برخورد کرده اند. در ادامه، به‏ دلیل افزایش حجم لختگی، ذرات دوده افزایش یافته است. علاوه بر این، به کارگیری راهبرد سوراخ گروهی می تواند باعث بهبود فرایند اکسایش ذرات سوخت و همچنین بهبود عملکرد موتور شده، ولی بااین حال، افزایش آلاینده هیدروکربن های نسوخته در مقایسه با حالت تک سوراخه از معایب به کارگیری این راهبرد پاشش سوخت است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی احتراق، زمان بندی پاشش، سوراخ گروهی، عملکرد موتور، آلایندگی
  • حامد زینی وند*، حسین عشینی، محمد فرشچی صفحات 77-96
    در مقاله حاضر یک شعله برخورد متقابل آرام متان-اکسیژن در شرایط ترمودینامیکی فرا-بحرانی و گذر-بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. از کد منبع باز Cantera جهت محاسبه میدان جریان و حل سینتیک احتراق استفاده شده است و شرایط معادله حالت، معادله انرژی و خواص انتقال جهت حل جریان گاز واقعی در شرایط ترمودینامیکی گذر-بحرانی و فرا-بحرانی اصلاح شده است. مشخصات ترمودینامیکی مانند ظرفیت حرارت ویژه با اضافه شدن ترم تکمیلی به ترم شرایط ایده آل بازنویسی شده است و معادله حالت نیز برای شرایط گاز واقعی به صورت کیوبیک آورده شده است. با حل میدان جریان در شرایط گذر بحرانی مشاهده می شود که اعمال شرایط گاز واقعی سبب پدیدار شدن شرایط شبه جوشش در میدان جریان می شود در صورتیکه با حل گاز ایده آل این پدیده مشاهده نمی شود. در نهایت مشاهده می شود که شرایط گذر-بحرانی در مقایسه با شرایط فرا-بحرانی، شعله بسیار به اعمال رابطه گاز واقعی حساس تر می باشد. در میدان کسر مخلوط اختلاف عمده ای بین حل گاز واقعی و گاز ایده آل دیده نمی شود که این نتیجه برای حل جریان آشفته بحرانی به روش فلیملت مهم می باشد. در میدان فیزیکی اختلاف بین شرایط گاز واقعی و گاز ایده آل از لحاظ موقعیت و ابعاد شعله برای حالت گذر-بحرانی قابل توجه می باشد. برای شرایط کاملا بحرانی در میدان فیزیکی نیز اختلاف قابل توجهی در شرایط موقعیت شعله رخ نمی دهد.
    کلیدواژگان: شعله جریان متقابل، احتراق گذربحرانی، پدیده شبه جوشش، کد کانترا، حل شبه یک بعدی
  • میترا ابراهیمی نژاد، رامین کریم زاده* صفحات 97-117
    در این مقاله نانوکاتالیست NiMo بر پایه ماده زائد گل قرمز با درصدهای متفاوتی از تقویت کننده بور، با استفاده از روش تلقیح سنتز شده است. برای بررسی خواص فیزیکی و ساختاری این نانوکاتالیست ها از آنالیزهای XRD، XRF، BET، FESEM و FTIR استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده حذف بخش اعظم سدیم و کلسیم موجود در گل قرمز، که باعث مستعد شدن آن به کلوخه شدن می شوند، افزایش سطح ویژه و کاهش اندازه ذرات آن و رسیدن به مقیاس نانو درنتیجه انجام فرایند فعال سازی است. همچنین تقویت کننده بور باعث توزیع یکنواخت ذرات روی سطح پایه، افزایش فاز فعال و کاهش تشکیل اسپینل نیکل در کاتالیست می شود. نتایج حاصل از بررسی فعالیت نانوکاتالیست های تهیه شده در فرایندهای هیدروکراکینگ و هیدرودی سولفوریزاسیون نشان دهنده این است که خاصیت اسیدی ایجادشده توسط تقویت کننده بور باعث می شود که محصول حاصل از فرایند هیدروکراکینگ حاوی مقدار بالاتری برش کروسین و بنزین باشد و در مقابل مقدار برش های سنگین کاهش می یابد. به علاوه، نانوکاتالیست حاوی مقدار بهینه بور (%8/. وزنی) می تواند میزان ترکیبات گوگرددار در محصول نهایی را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد.
    کلیدواژگان: نانوکاتالیست NiMo، گل قرمز، بور، هیدروکراکینگ، هیدرودی سولفوریزاسیون
  • سعیدرضا زادسیرجان*، صادق تابع جماعت صفحات 119-134
    کتابخانه فلیملت FGM براساس دو بعد کسر مخلوط و متغیر پیشروی شکل گرفته است. با این کتابخانه امکان شبیه سازی احتراق برای جریان سوخت و اکسنده با ترکیب شیمیایی ثابت وجود دارد. شبیه سازی احتراق با استفاده از مدل فلیملت نیازمند افزایش ابعاد کتابخانه فلیملت به بیش از دو بعد است. شعله های پایلوت دار سندیا ازجمله شعله های با چند جریان ورودی است که از جت سوخت، جریان داغ پایلوت و هوا شکل گرفته اند. افزایش ابعاد کتابخانه فلیملت منجر به افزایش قابل توجه حجم کتابخانه و افزایش هزینه محاسباتی در فرایند بازخوانی و میان یابی داده ها از این کتابخانه می شود. این مقاله به معرفی روشی ابداعی باهدف تولید کتابخانه دوبعدی فلیملت برای میدان جریانی با چند ورودی و یا ترکیب غیرثابت سوخت و اکسنده ورودی می پردازد. روش ابداعی بر پایه روش مدل اشتعال لایه اختلاط (IML) توسعه یافته و مدل اشتعال لایه اختلاطی متغیر (VIML) نام گذاری می شود. برای اعتبارسنجی این مدل پیشنهادی، از شبیه سازی ادی های بزرگ (LES) شعله های سندیا D، E و F با اعداد رینولدز 22400، 33600 و 44800 بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ادی های بزرگ نشان می دهد که کتابخانه دوبعدی توانایی مدل سازی میدان جریان را با سه ورودی متفاوت را دارد و می تواند به عنوان جایگزین کتابخانه هایی با ابعاد بیش از دوبعد گردد که منجر به کاهش زمان محاسبه فرایند بازیابی اطلاعات و کاهش حافظه رم  موردنیاز برای ذخیره کتابخانه به مقدار قابل توجهی می شود. نتایج شبیه سازی نشان دهنده همخوانی مناسب مقادیر میانگین و واریانس کسر مخلوط و دما با داده های تجربی برای هر سه شعله است. افزایش عدد رینولدز باعث افزایش خطا قبل از توسعه جریان جت در محاسبه دما شده که ناشی از عدم دقت در پیش بینی کسر مخلوط در آن محدوده است.
    کلیدواژگان: کتابخانه فلیملت، شعله سندیا، مدل اشتعال لایه اختلاطی متغیر، شبیه سازی ادی های بزرگ
|
  • Mohammad Zarein, Mohammad Hadi Khoshtaghaza *, Hossein Ameri Mahabadi Pages 1-12
    The tendency toward research on the production and application of renewable energy, such as biodiesel, to reduce greenhouse gases and emissions of fossil fuels, is one of the most important issues in the world policies which has been discussed. Dielectric properties (ε’, dielectric constant and ε", dielectric loss factor) of materials play a major role in the microwave design and process of biodiesel production. The purpose of this research is to investigate and evaluate the biodiesel's dielectric properties in a pilot-scale using microwave technology and the relationship between its various effective parameters. In this study, the effects of reaction time (1, 3 and 9 minutes), catalyst concentration (1, 1.5 and 2% of oil weight) and temperature changes (30, 45 and 60°C) were studied. The probe reflection system was used at a frequency of 2450 MHz to measure the dielectric properties. The results showed that, with increasing reaction time and decreasing temperature, the dielectric constant values increased, and by decreasing catalyst concentration, temperature and reaction time, the dielectric loss factor decreased.
    Keywords: : Castor Biodiesel, production process, Dielectric properties, Frequency, Catalyst
  • Hossein Mahdavy, Moghaddam *, Kamran Yousefi Mojir Pages 13-30
    In this paper, numerical simulation of asphalt water slurry gasification process as a heavy fuel oil in a single stage gasifier, using the commercial Ansys fluent software, in a two-dimensional geometry And based on the Eulerian-Lagrangian approach has been done. In this simulation, the distribution of velocity, temperature distribution and molar fraction distribution of synthesis gas species have been calculated. The effect of different devolatalization models, the discrete phase particle size on gasification, and also for the first time, the effect of the use of discrete phase non-spherical particles on gasification parameters has been investigated. The results of this study showed that the water mixture of asphalt can be considered as a suitable feed for gasification. In the study of non-spherical particles it was also found that if the particles with a shape factor of 0.1, which have the greatest difference with spherical particles, are used, the temperature of the chamber slightly increases and the maximum temperature is more distant than the feed intake.
    Keywords: Heavy fuels oil, Entrained flow, gasification, discrete phase
  • Soulmaz Farahvashi, SOBHAN EMAMI * Pages 31-49
    A large amount of oil sludge is produced annually during the operation and process activities on crude oil. The burning of oil sludge can be considered as an approach in order to recover the energy as well as to control and mitigate risks of this hazardous waste. In the present study, the combustion of solid fuel derived from refinery oily-sludge is conducted numerically in a 2-D axisymmetric furnace. Investigating the effect of fuel particle diameter on the combustion process shows that with increasing particle diameter the maximum temperature reduces and the maximum temperature location 
    A large amount of oil sludge is produced annually during the operation and process activities on crude oil. The burning of oil sludge can be considered as an approach in order to recover the energy as well as to control and mitigate risks of this hazardous waste. In the present study, the combustion of solid fuel derived from refinery oily-sludge is conducted numerically in a 2-D axisymmetric furnace. Investigating the effect of fuel particle diameter on the combustion process shows that with increasing particle diameter the maximum temperature reduces and the maximum temperature location goes farther from the furnace entrance. In order to investigate the effect of dewatering refinery oily-sludge on combustion properties, a study was conducted on the moisture content of fuel. The results show that an increase of 30% in moisture content in proximate fuel analysis reduces the maximum temperature by about 11%. Also, the effect of the fuel mass flow rate is investigated in the range of 0.15 gr/s to 0.29 gr/s. The results show that reducing the fuel mass load has a slight impact on maximum temperature of gas flow. However, CO and CO2 emissions experience a desirable decline.The study on combustion of solid fuels derived from oil-sludge shows that by making fuel preparation such as reducing the moisture content and using smaller particles, it is possible to exploit the heat value of oil sludge.
    Keywords: Refinery oily-sludge, Pulverized solid fuel combustion, Particle diameter, Moisture content, Fuel mass flow rate
  • Mohammad Javad Noroozi *, Mahdi Seddiq, Hesamedin Habibi Pages 51-76
    In 
    degrees as divergence angle on combustion and fuel atomization characteristics, pollutant emissions, and performance in a heavy duty diesel engine have been investigated. Regarding compression ignition combustion simulation, a chemical kinetic mechanism consists of 61 species, and 296 reactions have been used. Results showed that with a decrease in ignition delay duration, most of the fuel burnt in diffusive mode, combustion process weakened, PM increased, and engine performance deteriorated. Also, by retarding the diesel injection timing simultaneous with an increase in in-cylinder pressure and temperature, relative span factor has been decreased. With the reduction of fuel spray width, diesel fuel droplets sprayed in a narrower region, and due to the high density of the spray region, more fuel droplets collide. In the following because of the increase in coagulation volume, PM increased. Furthermore, using group-hole nozzle strategy can improve fuel oxidation process but results in more UHC emission compared with the baseline case which must be considered as a disadvantage of using group hole nozzle concept.
    Keywords: Combustion simulation, Injection Timing, Group-hole nozzle, Engine Performance, Pollutants
  • حامد زینی وند *, Hossein Ashini, Mohammad Farshchi Pages 77-96
    In the present paper, a laminar counter-flow flame has been numerically investigated under the transcritical and supercritical conditions. The Cantera open source code has been used to calculate the flow field and the kinetic combustion solution. Furthermore, the energy equation, the thermodynamics and the transport properties have been modified for real gas solution. The thermodynamics properties, including density, enthalpy, and specific heat at constant pressure, are evaluated based on fundamental thermodynamics theories and the modified SRK equation of state (EOS). Transport properties, including thermal conductivity and dynamic viscosity, are estimated using Chung method. It can be seen that the pseudo-boiling phenomenon has been appeared in transcritical condition with real gas equations. The ideal gas solution is unable to capture this phenomenon. In the mixture fraction field, there is no major difference between the real gas and the ideal gas, which is important for solving the turbulent reacting flow by the flamelet models. However In the physical field, the difference between the real gas condition and the ideal gas is significant in terms of the position and dimensions of the flame for the transcritical state. For supercritical conditions in the physical field similar to mixture fraction field, there is no significant difference in the flame situation.
    Keywords: Counter-flow flame, Transcritical flame, pseudo-boiling phenomenon, Cantera code, One-dimensional solution
  • میترا ابراهیمی نژاد, Ramin Karimzadeh * Pages 97-117
    In this paper, NiMo nanocatalysts supported on waste material red mud with various amounts of boron promoter were synthesized via impregnation method and their catalytic activity were tested in hydrodesulfurization and hydrocracking processes. The prepared nanocatalysts were characterized using XRD, XRF, FESEM, BET and FTIR analysis. The results obtained by the analysis related to activation red mud confirmed that activation process significantly decreases amounts of Ca and Na in the red mud and increases its specific surface area. FESEM images confirmed the formation of nanoparticles with an average particle size of 18.45 nm. Techniques employed in NiMo/B-ARM nanocatalysts characterization revealed that boron addition resulted in uniform dispersion of particles on the support surface, an increase in the active phase and a decrease in the formation of Ni spineless. The catalytic activity of nanocatalysts in the hydrocracking process showed that with the addition of boron, liquid products obtained in the process contained higher amounts of kerosene and gasoline and lower amounts of heavy cuts. In addition, hydrodesulfurization performance measurements showed that NiMo/B-ARM with 0.8 wt.% boron had the best catalytic activity.
    Keywords: NiMo nanocatalyst, Red Mud, Boron, Hydrocracking, Hydrodesulfurization
  • Saeedreza Zadsirjan *, صادق تابع جماعت Pages 119-134
    The flamelet library in FGM model is constructed based on mixture fraction and progress variable. This library facilitates to model the reactive flow precisely only in the case of two fuel/oxidizer in-flow streams. For the case of more in-flow streams, e.g. Sandia piloted flames fuel jet/ pilot/ air, it is needed to extend dimensions of the FGM library. This extension increase the size of stored data leads to higher computational cost. In this paper, the main motivation is to develop the Ignition Mixing Layer method (IML) to the Variable Ignition Mixing Layer (VIML) as the novel approach to generate the 2D FGM table for multi in-flow streams. Large Eddy Simulations of the Sandia D, E, and F with Reynolds number of 22400, 33600, and 44800 were conducted to validate this method. The LES results show a good agreement on the mean and variance of the mixture fraction and temperature. Therefore, the VIML is a successful model to simulate multi in-flow streams with 2D FGM library.
    Keywords: : flamelet library, Sandia flame, Large Eddy Simulation, variable ignition mixing layer