فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال دوازدهم شماره 2 (تابستان 1398)
  • سال دوازدهم شماره 2 (تابستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • ایمان محمدی، حسین عجم* صفحات 1-14

    در این مقاله نتایج حاصل از مدل سازی دوبعدی و متقارن محور احتراق پیش آمیخته متان-هوا با سینتیک چندمرحله ای در داخل محیط متخلخل با تغییر تخلخل پیوسته ارائه شده است که در آن برای مشخص کردن خصوصیات ترمو فیزیکی و ترموشیمیایی از برنامه کمکین2 و اطلاعات پایه آن استفاده شده است. معادلات پیوستگی، ناویر استوکس، معادلات انتقال حرارت فاز گاز و جامد و معادلات حاکم بر گونه های شیمیایی با استفاده از روش حجم محدود حل شده و برای ارتباط بین سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل استفاده شده است. مشعل مورد مطالعه شامل دو ناحیه پیش گرم و احتراقی است. در این کار به بررسی اثرات تغییر زاویه واگرایی و طول ناحیه پیش گرمایش مشعل بر روی پروفیل دما و انتشار آلاینده ها می پردازیم. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه واگرایی میزان آلاینده NO در خروجی مشعل به شکل چشمگیری افزایش می یابد درحالی که با افزایش طول ناحیه پیش گرمایش مقدار انتشار این آلاینده در خروجی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تخلخل متغیر، احتراق متقارن محور، روش حجم محدود، سینتیک شیمیایی، زاویه واگرایی
  • حسین فرج الهی، سیامک حسین پور* صفحات 15-29

    در در این مطالعه یک نیروگاه 1000 مگاواتی سیکل ترکیبی گاز طبیعی برای کاهش اثرات زیست محیطی آن با سیستم های جذب شیمیایی و تراکم کربن دی اکسید تجمیع شده است تا تاثیر به کارگیری این سیستم ها بر روی عملکرد نیروگاه مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS v9 ابتدا نیروگاه مذکور مدل سازی شد و سپس سیستم جذب و تراکم متناسب برای جذب %90 کربن دی اکسید از گاز دودکش طراحی و شبیه سازی شدند. در اثر تجمیع این سیستم ها با نیروگاه بازده آن از %5/62 به %4/53 کاهش می یابد. این کاهش ناشی از استخراج بخار برای تامین گرمای ریبویلر و کار مصرفی در سیستم های جذب و تراکم است. سیستم گردش مجدد گاز دودکش با نسبت %35 و بازیابی حرارت های اتلافی به وسیله چرخه رانکین ارگانیک به عنوان دو راهکار برای بهبود بازده نیروگاه بکار گرفته شد. در این حالت بازده نیروگاه برابر با %96/54 می شود که %56/1 که نسبت به حالت تجمیع اولیه افزایش یافته است. در اثر تجمیع نیروگاه با سیستم جذب و تراکم در حالت نهایی میزان انتشار کربن دی اکسید از g/kWh 71/324 به g/kWh 71/36 کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: نیروگاه سیکل ترکیبی، جذب بعد از احتراق، تجمیع حرارتی، گردش مجدد گاز دودکش، چرخه رانکین ارگانیک
  • علی ارشادی، مهران رجبی زرگرآبادی* صفحات 31-48

    هدف اصلی در تحقیق پیش رو تخمین عدد پرانتل آشفته در احتراق غیرپیش مخلوط متان-هواست. در این راستا، یک جریان احتراقی آشفته غیرپیش مخلوط در شرایط استوکیومتریک، با استفاده از معادلات متوسط گیری شده رینولدز (RANS)، به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. برای مدل سازی تشعشع و آشفتگی جریان به ترتیب مدل های جهات گسسته (DO) و k−ε ریلایزبل اعمال شده اند. همچنین، برای مدل سازی احتراق آشفته از سه مدل اضمحلال گرداب های (EDM)، اضمحلال گرداب های مفهومی (EDC) و تابع چگالی احتمال (PDF) استفاده شده است. به همراه مدل EDM و EDC، مدل مرتبه دوم جبری GGDH و مرتبه بالای آن، یعنی HOGGDH، به همراه مدل پخش گرداب های ساده برای جمله شار حرارتی آشفته در معادله انرژی اعمال شده است. مقایسه نتایج عددی مدل SED با فرض پرانتل آشفته 85/0و مدل های مرتبه دوم با مقادیر تجربی موجود نشان می دهد که اعمال مدل های مرتبه دوم شار حرارتی آشفته به طور محسوسی منجر به اصلاح پیش بینی توزیع دما در محفظه احتراق می شود. همچنین، توزیع NO    به دست آمده از مدل های مرتبه دوم مطابقت خوبی با مقادیر تجربی موجود دارد. براساس نتایج به دست آمده، در جریان احتراقی مقاله حاضر، مدل GGDH دارای دقت بالاتری نسبت به مدل HOGGDH در پیش بینی دما و NO است. محاسبه عدد پرانتل آشفته در محفظه احتراق مورد بررسی نشان می دهد که فرض عدد پرانتل 85/0 دور از واقعیت بوده و براساس مدل GGDH،  عدد پرانتل آشفته در نواحی مختلف از 25/0 تا 3/1 متغیر است. در نهایت عدد پرانتل آشفته 45/0 برای جریان احتراقی این پژوهش پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: مدل سازی احتراق، عدد پرانتل آشفته، مدل مرتبه دوم، شار حرارتی آشفته
  • ایرج غفرانی، مصطفی محبی، مسعود ریحانیان، وحید حسینی* صفحات 49-61

    احتراق RCCI، برای موتورهای دیزلی، کاستی های مربوط به آلایندگی موتورهای دیزلی را، با حفظ سایر مزایای آن ها، تا حد زیادی برطرف می کند. در پژوهش های قبلی، بیشتر کارکرد و آلاینده های خروجی از موتور با احتراق RCCI بررسی شده، در حالی که در این پژوهش احتراق نوع RCCI از دیدگاه گونه های تولید و مصرف شده به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و نقش گونه های مختلف در حین فرایند احتراق مطالعه می شود. در این احتراق (RCCI) بنزین به صورت پاشش درگاهی و دیزل به صورت پاشش مستقیم انجام گرفته است. بررسی صورت گرفته نشان داد که آزادسازی انرژی ابتدا با دیزل شروع شده و آزادسازی انرژی اولیه ای انجام می شود و پس از آن انرژی بنزین آزاد می شود.  پدیدار شدن گونه فرمالدهید شروع احتراق شعله سرد و مصرف سوخت دیزل را نشان داده و تولید رادیکال هیدروکسیل نیز هم زمان با آزادسازی انرژی بنزین صورت می پذیرد. همچنین، مقداری از گونه فرمالدهید با شروع تولید رادیکال هیدروکسیل مصرف می شود. آزادسازی اولیه انرژی، که ابتدا با سوخت دیزل شروع شده و سپس با سوخت بنزین ادامه می یابد، تاثیرات مثبتی به دنبال دارد. اولا، با این گونه آزادسازی ترتیبی، انرژی به تدریج آزادشده و دمای درون سیلندر افزایش ناگهانی نمی یابد بنابراین، باعث کاهش تلفات انرژی می شود. ثانیا اکسیدهای نیتروژن به دلیل پایین تر بودن دمای محلی کمتر تولید می شوند. در ادامه نیز دو زمان شروع پاشش 74- و 64- درجه لنگ و دو درصد حجمی سوخت دیزل 28 و 20 درصد مطالعه و مشاهده شد که زمان شروع احتراق اولیه تقریبا به این دو پارامتر وابسته نیست و در یک زاویه لنگ مشخص رخ می دهد. بنابراین، شروع احتراق اولیه فقط وابسته به دماست. اما به دلیل اینکه شروع احتراق اصلی علاوه بر دما به نسبت هم ارزی نیز وابسته است دو متغیر زمان شروع پاشش و مقدار سوخت دیزل تاثیر خود را در این بخش نشان می دهند.

    کلیدواژگان: احتراق RCCI، گونه های مهم تولید و مصرف شده، فرمالدهید، رادیکال هیدروکسیل
  • علیرضا زاهدی*، اردشیر شایان نژاد، مهدی رشوند صفحات 63-74

    با تغییر شرایط تولید بیودیزل ویژگی های این سوخت نظیر ارزش حرارتی تغییر می کند، اما ارزیابی هریک از خصوصیات بیودیزل با روش های معمول پرهزینه و وقت گیر است. هدف از این پژوهش ارزیابی یک سامانه نوین به منظور تشخیص ارزش حرارتی بیودیزل به کمک حسگر برخط دی الکتریک در کمترین زمان و بیشترین دقت است. بیودیزل ترانس استریفیکاسیون روغن پالم به کمک گرمای اتلافی کلکتور خورشیدی سهموی-خطی تولید برق به علت تغییرات شرایط آب وهوایی در دماهای متفاوتی سنتز شد. علی رغم نصب سیستم کنترل دما برای سامانه هیبریدی کلکتور خورشیدی-بیودیزل، به علت نوسانات دمای محیط و افت دما، حتی تا زیر دمای تنظیم شده کنترلی امکان تثبیت دما وجود نداشت. به منظور بررسی ارزش حرارتی، ابتدا، چند نمونه بیودیزل در شرایط مختلف آب وهوایی توسط سامانه هیبریدی مذکور، به عنوان یکی از سیستم های انرژی تجدیدپذیر، با هدف کاهش هزینه تولید و همچنین بررسی تغییرات بازده تولید شد. پس از آن، ارزش حرارتی نمونه ها محاسبه شد و سپس، نمونه ها طی سه مرحله مورد آزمون حسگر برخط دی الکتریک قرار گرفت. پس از تحلیل داده ها، برای اعتبارسنجی تحلیل توسط تکنیک درخت تصمیم از سه نوع الگوریتم استفاده شد. با توجه به نتایج، روش درخت تصمیم و رگرسیون دارای بالاترین دقت (99 درصد) در مقایسه با سایر روش ها بود. البته، با توجه به دقت روش ها که به هم نزدیک اند، تمامی تکنیک های انتخاب شده پتانسیل خوبی برای ارزیابی ویژگی های سوخت بیودیزل داشتند. نتایج حاکی از آن است که حسگر ساخته شده توانسته است ارزش حرارتی سوخت تولیدی را با دقت خوبی محاسبه کند.

    کلیدواژگان: بیودیزل، ارزش حرارتی، کلکتورخورشیدی، انرژی های تجدیدپذیر، دی الکتریک
  • رامین کریم زاده*، میترا ابراهیمی نژاد صفحات 75-88

    در سال های اخیر، تحقیقات متعددی بر روی استفاده مجدد از مواد زائد مانند گل قرمز انجام گرفته است، زیرا حاوی اجزاء باارزش مانند آلومینا، سیلیکا و اکسیدآهن است و می تواند به عنوان پایه کاتالیست های فرایند هیدرودی سولفوریزاسیون به کار گرفته شود. کاتالیست های متداول این فرایند، NiMo/Al2O3 و CoMo/Al2O3 هستند که به منظور افزایش فعالیت آن ها و درنتیجه تولید سوخت تمیزتر، تقویت کننده هایی مانند زیرکونیا به کاتالیست افزوده می شود. برای نیل به این هدف، در این مقاله کاتالیست NiMo بر پایه گل قرمز با درصدهای متفاوت زیرکونیا، به روش تلقیح سنتز شده است. برای بررسی خواص فیزیکی و ساختاری آن ها از آنالیزهای XRD، FESEM، BET و FTIR استفاده شده است. نتایج حاصله، حاکی از این است که افزودن تقویت کننده زیرکونیا باعث توزیع یکنواخت ذرات روی سطح پایه، افزایش فاز فعال و کاهش تشکیل اسپینل نیکل در کاتالیست می شود. ارزیابی عملکرد این نانوکاتالیست نشان دهنده کاهش قابل توجه ترکیبات گوگرددار موجود در دو خوراک ایزودیزل و دیزل سبک، درنتیجه افزودن مقدار بهینه زیرکونیا به کاتالیست های NiMo بر پایه گل قرمز فعال شده است.

    کلیدواژگان: گل قرمز، نانوکاتالیست NiMo، ARM، تقویت کننده، زیرکونیا، هیدرودی سولفوریزاسیون
  • علی شهانقی، هادی پاسدار شهری* صفحات 89-101

    در این مقاله به بررسی تاثیر اضافه کردن جمله اثر میدان جریان در رابطه محاسبه تغییرات گونه در مدل برهم‏کنش احتراق و اغتشاشات واکنشگاه اختلاط‏ ایدئال (PSR) پرداخته شده است. نتایج مدل اصلاح شده با نتایج مدل واکنشگاه اختلاط ایدئال مقایسه و تحلیل شده است. مدل احتراقی مورد استفاده در این مقاله مدل اتلاف گردابه بوده و میدان سیال مغشوش با استفاده از مدل اغتشاشی k-ε استاندارد شبیه‏ سازی شده است. هندسه مورد استفاده مشعل سندیا D است که به صورت متقارن محوری درنظر گرفته شده است. سینتیک درنظر گرفته شده برای شبیه‏ سازی واکنش‏ ها سینتیک 19 گونه‏ای DRM بوده و شبیه‏ سازی‏ ها به وسیله نرم ‏افزار اپن ‏فوم انجام گرفته و مدل احتراقی و مدل برهم‏کنش احتراق و اغتشاشات به صورت جداگانه بر روی این نرم‏ افزار پیاده‏ سازی شده است. درنهایت، نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی صحت‏ سنجی شده است. نتایج به دست آمده بیانگر توانایی مدل اصلاح شده در بهبود پیش بینی ها در ناحیه با اختلاط بالای شعله به سبب اعمال تاثیر اغتشاشات در محاسبه نرخ تعییرات گونه است. نتایج نشان دادند در راستای محور شعله استفاده از مدل اصلاح شده به بهبود پیش‏بینی‏ ها در توزیع اسکالرهای واکنشی و همچنین سرعت خواهد انجامید و ناحیه شعله به درستی پیش‏بینی خواهد شد. میزان بهبود نتایج در پیش بینی سرعت، دما و گونه ها  به ترتیب تا 10، 14 و 15 درصد است. نتایج در راستای شعاعی تفاوت چندانی با مدل اصلاح نشده نداشت، زیرا اثر جمله اختلاط مغشوش در نواحی دورتر از ناحیه مرکزی، به دلیل کاهش اختلاط در این نواحی، اندک است.

    کلیدواژگان: واکنشگاه اختلاط ایدئال، شعله سندیا، مدل اتلاف گردابه، احتراق مغشوش، شبیه‏سازی عددی
|
  • iman mohammadi, hossein ajam* Pages 1-14

    In this paper, the results of the two-dimensional and axisymmetric modeling of the methane-air pre-mixed combustion with multi-step kinetics in a porous medium with continuous porosity change have been presented. In order to determine the thermophysical and thermochemical properties of species, the CHEMKIN II program and Basic information used. Continuity equations, Navier Stokes, gas and solid phase heat transfer equations, and chemical species governing equations are solved by using of finite volume method. The SIMPLE algorithm has been used for the relationship between speed and pressure. The burner under the studied includes two preheated and combustible areas. In this paper, we study the effects of divergence angle changes and length of burner preheating area on temperature profiles andemission of pollutants. The results showed that by increasing the divergence angle, the amount of NO contamination in the burner output increases dramatically, while by increasing the length of the preheating region, the amount of emission of this pollutant in the output decreases.

    Keywords: porous media burner, porosity variation, axisymmetric combustion, finite volume method, chemical kinetics, divergence angle
  • Hossein Farajollahi, Siamak hossainpour* Pages 15-29

    In this study a 1000 MW NGCC power plant has been integrated with post-combustion CO2capture and compression process to mitigate its emission. The MEA-based CO2capture process was designed for 90% CO2separation. The detailed models of the power plant, CO2capture and compression process were developed in Aspen HYSYS v9 in order to analysethe performance of the integrated system. Three cases of integration have been investigated. Inthe first case, the power plant net thermal efficiency was decreased from 62.5% to 53.4%. This efficiency drop due to steam extraction from the powerplant to provide reboiler duty and power consumption by capture and compression process. The effect of exhaust gas recirculation (EGR) on the plant performance was studied in the second case. EGR implementation and waste heat recovery by organic Rankine cycle in the thirdcase led to an increase of 1.56% in the power plant efficiency in comparison with the first case. The CO2 emission of the power plant was decreased from 324.71 g/kWh to 36.71g/kWh in the third case of integration.

    Keywords: NGCC power plant, post-combustion CO2capture, heat integration, EGR, organic Rankine cycle
  • Ali Ershadi, Mehran Rajabi Zargarabadi* Pages 31-48

    The main objective of the present study is to estimate the turbulent Prandtl number in non-premixed combustion of methane-air. In this regard, a turbulentstream of non-premixed combustion in a stoichiometric condition, is numerically analyzed using the (Reynolds averaged Navier-Stokes) (RANS). For modeling the combustion, the Eddy Dissipation Model (EDM), Eddy Dissipation Concept (EDC) and Probability Density Function (PDF) have been applied. The k-ε Realizable model and Discreet Ordinate (DO) also was used for the turbulence modeling and radiation modeling, respectively. To the turbulent heat flux in the energy equation, second order algebraic model (GGDH and HOGGDH) with simple eddy diffusivity model has been applied. Comparing the results of the numerical model SED (with the turbulent Prandtl 0.85) and second order models with available experimental data show that applyingthe SO Models significantlyled to the modification of predicting the temperaturedistribution in the combustion chamber. Moreover the NO derived from SOmodels distribution model has a good agreement with available experimental data. Calculation of Prandtl number turbulence in the combustion chamber shows that the assumption of Prandtl number of 0.85 is far from reality and based on GGDH model, Prtin different areas varies from 0.2 to 1.3. Finally, the Prandtl number of 0.45 has been proposed for the non-premixed combustion ofmethane-air.

    Keywords: Combustion modeling, turbulent Prandtl number, algebraic turbulentflux models
  • Iraj Ghofrani, Mostafa Mohebbi, Masoud Reyhanian, Vahid Hosseini* Pages 49-61

    Recently, RCCI combustion mode has been proposed, and various researches have been done on this kind of combustion. Such combustion mode has improved the emission shortages of diesel engines besides its advantages. Previous studies mostly investigated the performanceand emissions of RCCI engines. Inthis study, RCCI combustion is studied from the viewpoint of production and consumption of importantspecies. Inthis RCCI engine gasoline injected at the intake port and diesel injected directly into the cylinder. Investigations showed that first, heat release is started by diesel fuel and an initial heat is released; then gasoline fuel energy is released. The appearance of formaldehyde species shows the coolflame combustion and consumption of diesel fuel; then the appearanceof hydroxyl radical and the consumptionof gasoline happen simultaneously. Also, some portion of formaldehyde is consumed with the appearanceof hydroxyl radical. Heat release started by diesel and followed by gasolinehas positive effects. First, by this sequentialheat release, the in-cylindertemperature does not increase suddenly, so heat losses decreased. Second, due to the low temperature, NOx emissions reduced. Further -64 CA and -74 CA injection timings and 20 and 28 percent diesel mass fractions have been studied. Results show that the start of combustion is not dependent on these two parameters and its occur at a specific crank angle. So the coolflame combustion only dependent on temperature. But the maincombustionis dependent on the temperature and equivalence ratio so the injection timing and diesel mass fraction haveshown their effect at this section of combustion

    Keywords: RCCI combustion, low temperature combustion, formaldehyde, hydroxyl radical, soot, NOx
  • Alireza Zahedi*, Ardeshir Shayannejad, Mahdi Rashvand Pages 63-74

    The properties of the biodiesel will be changed by changing the reaction parameters of biodiesel production from vegetable oils that heating value is one of important of them. The aim of this study isto evaluatea new system in order to detect changes inthe properties of biodiesel, such as heating value by dielectric spectroscopy with the capacitive sensor. Transesterified palm-based biofuels weresynthesized in different weatherconditions using the heat loss of a linear parabolic trough solar collector power. At first, a sample of biodiesel was produced with optimized parameters as the basis of evaluation. Then, five samplesof biodiesel with the same optimized parameters but with different temperatures were producedby the solar collector as one of the renewable energy systems. After that, the samples were placed in the device and information obtained by dielectric spectroscopy was transferred to software. In order to validate the analysis, some algorithms fromthe decisiontree technique were used. According to the results, the Classificationand Regression Tree (CART) algorithm had the highest accuracy (99%) in comparison with others. According to the accuracy of algorithms, it was deducedthat the chosen techniques had good potential to determine biodiesel fuel properties

    Keywords: Biodiesel, Heating value, Solar collector, Renewable energies, Dielectric
  • Mitra Ebrahiminejad, Ramin Karimzadeh* Pages 75-88

    In recent years, many studies have been done on reusing waste materials like red mud, because it consists of various oxides like iron oxides, alumina and silica that can be used as support for hydrodesulfurization catalysts. The commonhydrodesulfurization catalysts are CoMo/Al2O3and NiMo/Al2O3. Addition of secondary promoter such as zirconia is proposed as a usefulsolution for increasing catalyst activity and production of standard fuels. In this paper, NiMo nanocatalyst supported on activated red mud was prepared by impregnation method containing various amounts of Zr promoter and its catalytic performance was evaluated for hydrodesulfurization (HDS) process of iso diesel and light diesel in the atmospheric pressure. The red mud support along with synthesized nanocatalysts werecharacterized with XRF, XRD, FESEM, BET and FTIR techniques. Analytical techniques related to NiMo/ZrO2-ARM nanocatalysts characterizationrevealed that zirconia addition resulted in uniform dispersion of particles on the support surface and destroying of agglomerate, an increase in the activephase and a decreasein the formation of Ni spineless. The catalyticactivity of nanocatalysts in the hydrodesulfurizationprocess showed that NiMo/ZrO2-ARMwith10wt.%zirconiahadthebestcatalyticactivityforisodieseland15wt.%zirconiaforlightdiesel

    Keywords: Red Mud, NiMo, ARM nanocatalyst, Promoter, Zirconia, Hydrodesulfurization
  • Ali Shahanaghi, Hadi Pasdarshahri* Pages 89-101

    Different versions of Perfectly Stirred Reactor (PSR) have been examined in the simulationof a methane-air jet flame, Sandia flame D. These models have been incorporated with a turbulent mixing based combustion model, Eddy Dissipation Concept (EDC), to address the interaction between turbulentflow field and chemical reactions. Turbulentsmall scale effects weremodeled using Reynolds Average Navier Stokes (RANS) approach. A reduced chemical mechanism (DRM) was used in order to calculate the species reaction rates. Velocity profiles werein good agreement with experimental data. The modified model applied the effect of turbulent mixing by altering the PSR’s species transport equation. Using the modified model resulted in an inevitableenhancement on the reactive scalar’s distribution along the central axis. However the distribution of the scalarshowed a slight over-prediction at the flamelocation, which was originated from using the reduced mechanism. The model capability in predicting the turbulent flame interaction was examined using a Computational Fluid Dynamic (CFD) toolbox, OpenFOAM

    Keywords: Perfectly Stirred Reactor, Turbulent Combustion, Eddy Dissipation Concept, Sandia flame D, RANS simulation