فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1398)
  • سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/07/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهسا عسکری، عرفان آقایی، رامین کریم زاده* صفحات 1-15

    در این پژوهش زئولیت Y از منبع سیلیکای استخراج شده از سبوس برنج، سنتز شده است. از روش هیدروترمال و هیدروترمال به کمک امواج اولتراسوند استفاده شده است. تاثیر امواج اولتراسوند بر روی خواص فیزیکی- شیمیایی زئولیت سنتزی مورد بررسی قرار گرفته است. سنتز این نوع زئولیت به دو روش هیدروترمال و هیدروترمال به کمک اولتراسوند انجام شد. مشخصات زئولیت های سنتز شده با استفاده از تکنیک های XRD، FESEM، FTIR، BET تعیین شد و عملکرد نمونه های سنتزی در فرآیند شکست کاتالیستی هیدروکربن-های مایع در راکتور بستر ثابت مورد ارزیابی قرار گرفت . خواص محصولات گازی و مایع با استفاده از آنالیزهای GC و SIMDIS مورد بررسی قرار گرفت. همچنین چگالی، شاخص انکسار و گرانروی محصولات مایع اندازه گیری شد. نتایج آزمایش های راکتوری نشان داد که زئولیت سنتز شده به روش هیدروترمال به کمک اولتراسوند به دلیل تاثیر این امواج بر بلورینگی زئولیت و شیاردار کردن سطح ذرات، از عملکرد بهتری برخوردار بوده است. با توجه به آنالیز XRD، بلورینگی زئولیت سنتز شده به روش هیدروترمال با کمک اولتراسوند 21% بیشتر از میزان بلورینگی زئولیت سنتز شده به روش هیدروترمال بود. با استفاده از آنالیز FTIR پس از انجام آزمایش راکتوری نشان داده شد که ساختار زئولیت Y پس از انجام واکنش حفظ شده است.

    کلیدواژگان: زئولیت Y، سبوس برنج، امواج اولتراسوند، شکست کاتالیستی
  • جواد امینیان*، قاسم خبازیان، رامین حقیقی خوشخو صفحات 17-37

    در این مقاله، طراحی و پیاده سازی رژیم احتراق بدون شعله در یک دیگ بخار آزمایشگاهی با ظرفیت 100 کیلووات ازنظر فنی و اقتصادی بررسی شده است. هدف اصلی مشخص کردن عوامل موثر بر پایداری رژیم احتراقی مذکور برای افزایش بازده حرارتی (کاهش مصرف سوخت) و به طور همزمان کاهش تولید آلاینده هاست. در این پروژه، با استفاده از یک مشعل قدیمی از نوع پیش آمیخته و بدون نیاز به جاگزینی آن با مشعل های پیشرفته و پرهزینه، رژیم احتراق بدون شعله با ترکیب تکنیک های طراحی مکانیکی (ساخت رکوپراتور بازده بالا) و طراحی فرایندی (تنظیم پیش گرمایش و رقیق سازی هوا) در یک دیگ بخار آزمایشگاهی ایجاد شده است. در آزمایش های انجام گرفته ویژگی های کیفی و کمی رژیم احتراق بدون شعله نظیر یکنواختی توزیع دما در محفظه احتراق، شعله حجیم و کم فروغ، افزایش بازده و کاهش انتشار آلاینده ها حاصل شده است. به طور مشخص، مزایای پیاده سازی احتراق بدون شعله در دیگ بخار آزمایشگاهی شامل10 درصد کاهش مصرف سوخت به همراه 13درصد کاهش تولید ناکس بوده است. همچنین، نتایج ارزیابی اقتصادی طرح حاضر با استفاده از معیارهای ارزش خالص فعلی و دوره بازگشت سرمایه در شرایط مختلف اقتصادی نشان دهنده اقتصادی بودن و جذابیت سرمایه گذاری در پروژه های مشابه است.

    کلیدواژگان: احتراق بدون شعله، بویلر تاسیسات خانگی، کاهش مصرف سوخت، کاهش آلایندگی، ارزیابی اقتصادی
  • حسن صدرنیا*، آذر خدابخشی کولایی، محمد طبسی زاده، برات قبادیان صفحات 39-51

    در تحقیق حاضر، به بررسی شرایط بهینه تولید بیواتانول سوختی از سه نوع قند پرداخته شده و سپس تاثیر شرایط عملیاتی تولید بر روی برخی خصوصیات مهم فیزیکی آن مانند گرانروی، چگالی و نقطه اشتعال آن بررسی شده است. در این مطالعه، 27 نوع اتانول گیاهی از مواد ملاس نیشکر، ملاس چغندر قند و شربت غلیظ نیشکر، در سه زمان 24، 48 و 72 ساعت و در سه دمای C◦ 35، C◦ 30 و C◦ 25 به روش تخمیر بی هوازی تولید شدند. سپس، پارامترهای گرانروی سینماتیکی، چگالی و نقطه اشتعال آن ها با سه تکرار تعیین شد. نتایج نشان داد که با افزایش دما و زمان، گرانروی، چگالی و نقطه اشتعال کاهش می یابند. نوع ماده قندی نیز اثر معنا داری داشت؛ بدین گونه که نزدیک ترین گرانروی به میزان استاندارد بیواتانول مربوط به ملاس نیشکر در دمای C◦ 25 و بعد از 72 ساعت به میزان cSt 5174/1 به دست آمد. شبیه ترین چگالی به مقدار استاندارد در دمای C◦ 35 و بعد از 72 ساعت برای شربت نیشکر با میزان  g/cm3 9560/0 محاسبه شد. نقطه اشتعال C◦ 5/24 به عنوان نزدیک ترین نقطه اشتعال به میزان استاندارد بیواتانول گزارش شد که مربوط به شربت نیشکر در دمای C◦30 و زمان 72 ساعت بود. بیشترین میزان بیواتانول تولیدشده gr.L-1 74 و مربوط به ملاس نیشکر در دمای C◦ 35 و بعد 72 ساعت گزارش شد. روش ارائه شده برای تولید بیواتانول از مواد قندی توانست سوخت با خصوصیات کیفی منطبق با استاندارد سوخت های بیواتانول را فراهم آورد.

    کلیدواژگان: بیواتانول، تخمیر، گرانروی، چگالی، نقطه اشتعال
  • محمدحسن مقدسی، روزبه ریاضی*، صادق تابع جماعت، امیر مردانی صفحات 53-71

    در این تحقیق، ترکیبی از دو تکنولوژی احتراق اکسیژنی و احتراق MILD در یک کوره آزمایشگاهی همراه با جت های موازی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این سیستم نوین، به کمک رژیم MILD، علاوه بر رفع برخی مشکلات احتراق اکسیژنی، NOx از ترکیب گازهای خروجی حذف شده و محصولات احتراق عمدتا متشکل از H2O و CO2 هستند. در این پژوهش، میدان احتراقی به کمک دو ابزار محاسبات عددی و تحلیل WSR بررسی شده است. در تحلیل عددی سه بعدی، از روش RANS و مدل ε k- RNG و مدل EDC در شبیه سازی تقابل آشفتگی جریان و شیمی احتراق استفاده شده است. تاثیر پیش گرم سازی و رقیق سازی به کمک CO2 بر میدان احتراق و ترکیب گازهای خروجی بررسی شد. با افزایش دمای پیش گرم، تکانه جت افزایش یافته و در نتیجه آن بهبود یکنواختی توزیع دما در کنار افزایش انتشار CO مشاهده شد. همچنین، افزایش رقیق سازی، به کمک CO2 در شرایط ثابت ورودی، دمای بیشینه را کاهش  می دهد. بررسی تاثیر شیمیایی حضور CO2 نشان دهنده تقویت مسیر تشکیل CO از طریق رادیکال CH3O نسبت به مسیر اصلی از طریق فرمالدهید است. با افزایش حضور CO2 در مخلوط، مسیر تولید CO از سمت اتان ضعیف تر و نقش رادیکال متیلن CH2(s) قوی تر می شود.

    کلیدواژگان: احتراق اکسیژنی، احتراق ‏MILD، رقیق سازی با ‏CO2‎، تحلیل عددی
  • سید مهدی حسنی، مسعود ایرانمنش*، حسین امیری، محمود رحمتی صفحات 73-86
    دراین پژوهش، پارامترهای موثر در تولید بیوگاز از پسماند های غذایی به همراه کود دامی موجود در منطقه و افزودنی های ارگانیک بررسی شده است. پسماند های غذایی از رستوران دانشگاه جمع آوری و با کود دامی(گاوی) با نسبت های مختلف 1:1، 1:2، 1:3، 3:1 درمقیاس آزمایشگاهی در محدوده دمایی ترموفیلی(55-60 درجه سانتی گراد) به مدت 15روز قرار داده و حجم گاز تولیدی اندازه گیری شد. نتایج حاصل از تولید گاز نسبت 1:1 کود دامی و پسماند غذایی، بالاترین میزان گاز تجمعی با حجم 5لیتر را نشان داد. با افزودن 10 گرم افزودنی شیمیایی سیلیکا ژل و گیاه رزماری ، ،پوست گردو،پوست موز و گوجه به مخلوط فوق به ترتیب میزان گاز تجمعی با 4/24%،7/2 %،3/2 %،9/1 %، 6/ % درصد حجمی افزایش را نشان داد. در طول دوره هضم، تغییرات pHنشان داد که بالاترین میزان حجم گاز در pH خنثی تولید شد.و استفاده از پوست گردو باعث تثبیت pH در فرایند شد. همچنین با اندازه گیری خواص ترموفیزیکی(مواد جامد،مواد فرار،رطوبت، درصد خاکستر) مخلوط پسماند غذایی با کود دامی ظرفیت تولید بیوگاز 43/0 درصد برآورد شدکه نشان دهنده ظرفیت بالای پسماند غذایی برای تولید بیوگاز می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده ازراکتور پرتابل آزمایشگاهی برروی مخلوط بهینه پسماند های غذایی وکود دامی آنالیز انرژی در آن بررسی شد.
    کلیدواژگان: پسماند غذایی، بیوگاز، افزودنی های ارگانیک، آنالیز انرژی
  • محمد حسین جعفری، هادی پاسدار شهری* صفحات 87-105
    در این مقاله به کمک روش شبیه سازی گردابه های بزرگ رفتار آتش استخری بزرگ مقیاس با توان حرارتی 14 و 45 کیلووات برای سوخت متان مورد بررسی قرارگرفته است. به منظور بررسی کارایی مدل‏ های احتراقی مختلف در مدل سازی آتش استخری، دو مدل احتراقی اضمحلال گردابه و شیمی بسیار سریع با مدل زیرشبکه یک -معادله ای و سینتیک یک - مرحله ای مورد ارزیابی قرارگرفته شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مطابقت خوبی داشته و میانگین دمایی و سرعت برای سه ناحیه شعله پایدار، متناوب و تنوره حرارتی ارزیابی شده است. با بررسی دما و سرعت شعله با نتایج تجربی مدل احتراقی اضمحلال گردابه، مدل مناسب تری در پیش‏بینی میدان سرعت و توزیع دما است. علاوه بر آن با استفاده از تحلیل فرکانسی بر روی نتایج دما و سرعت، رفتار گذرای آتش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد برای هندسه مورد بررسی فرکانس غالب برای دما و سرعت برابر شده و مقدار 2.75 هرتز بوده است. علاوه بر آن منحنی آبشار انرژی برای هندسه مورد بررسی استخراج شد که نشان از دقت شبیه سازی گردابه-های بزرگ استفاده شده در تعیین رفتار آتش وتنوره حرارتی آن است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی گردابه های بزرگ، آتش استخری، مدل اضمحلال گردابه، مدل شیمی بسیار سریع، مدل زیرشبکه‏‏ یک معادله‏ ای
  • فائزه احسانی درخشان، کیومرث مظاهری*، یاسر محمودی صفحات 107-124

    در کار حاضر صدای احتراق ناشی از شعله ی آزاد غیرپیش آمیخته مغشوش محاسبه شده است. در بین روش هایی که برای محاسبه ی صدا وجود دارد، ترکیب حل تحلیلی معادله ی لایتهیل و شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی انتخاب شده است. به این صورت که معادلات جریان و احتراق با روش شبیه سازی گردابه های بزرگ و یک مدل احتراقی نرخ محدود حل شده و پس از بررسی صحت حل انجام شده، عبارت های مربوط به چشمه های صدای احتراق شامل نوسان انتشار حرارت و نوسان تولید و مصرف گونه ها از نتایج آن استخراج شده است. در ادامه، فشار اکوستیک ناشی از این چشمه ها در دوردست با حل تحلیلی معادله لایتهیل با تابع گرین و با فرض فشردگی شعله به دست آمده است. سپس مقدار شدت صدا با نتایج تجربی مقایسه شده و در بازه ای از فرکانس ها تطابق نسبتا خوبی داشته است. نتایج نشان می دهند که استفاده از این روش تحلیلی و فرض فشردگی شعله، در عین حال که هزینه محاسباتی کمی را در محاسبه ی فشار اکوستیک نسبت به حل عددی معادله ی لایتهیل تحمیل می کند، می تواند نتایج قابل قبولی را نیز در محاسبات اکوستیک ارائه دهد. همچنین صدای ناشی از نوسان تولید و مصرف گونه ها در مقابل نوسان انتشار حرارت ناچیز بوده و قابل چشم پوشی است.

    کلیدواژگان: صدای احتراق، شبیه سازی گردابه های بزرگ، آنالوژی لایتهیل، شعله ی مغشوش، مدل PaSR
|
  • Mahsa Askari, Erfan Aghaei, Ramin Karimzadeh* Pages 1-15

    In this research, zeolite Y was synthesized using extracted silica from rice husk ash as a silica source. Hydrothermal and hydrothermal assisted ultrasound methods were used for zeolite synthesis. Effect of ultrasound on physico-chemical properties of the synthesized sample has been investigated. The properties of the synthesized zeolites were determined using XRD, FESEM, FTIR and BET analysis and their performance were investigated in the catalytic cracking of liquid hydrocarbons in a fixed bed reactor. The gaseous and liquid products properties were determined using GC and SIMDIS analysis. Also density, viscosity and refractive index of the liquid products were ascertained. The results showed that the synthesized zeolite by ultrasound pretreatment prior hydrothermal method had approximately better catalytic performance because of the effect of ultrasound irradiations on the zeolite crystallinity and particles surface grooving. According to XRD results, the crystallinity of the synthesized zeolite by ultrasound pretreatment prior hydrothermal method was 21% greater than prepared sample using conventional hydrothermal method. By using the FTIR analysis after reaction test, it was shown that the structure of zeolite Y remained after reaction.

    Keywords: Zeolite Y, Rice Husk Ash, Ultrasound Irradiation, Catalytic Cracking
  • Ghasem Khabbazian, Javad Aminian*, Ramin Haghighi Khoshkhou Pages 17-37

    In this paper design and implementation of a MILD combustion system in a 100 kW boiler was investigated from technical and economic viewpoints. The main objective of this study is determination of the factors affecting the stability of the combustion regimes in a typical domestic utility boiler, leading in simultaneous thermal efficiency enhancement and emission reduction. In particular, the so-called MILD combustion was established in a conventional boiler equipped with an ordinary premixed burner without requiring to replace with expensive modern burners. In the experiments, the qualitative and quantitative features of MILD regime such as uniform temperature distribution in the combustion chamber, volumetric and weakened flame, increased efficiency and decreased NOx emissions were achieved. The results showed a 10% fuel saving as well as 13% reduction in NOx. In addition, the economic evaluation of presented method to establish MILD combustion was performed using the net present value and payback period measures. The analysis results suggest that investment in the MILD system retrofitting plan is cost-effective and economically attractive in similar cases.

    Keywords: MILD Combustion, Fuel Conservation, Emission Reduction, Economic Evaluation
  • Hassan Sadrnia *, Azar Khodabakhshikoulaei, Mohammad Tabasizadeh, Barat Ghobadian Pages 39-51

    In the current paper, the optimum conditions for bioethanol production from sugars were surveyed. Then the operational condition effect on some physical characteristics of bioethanol fuel was investigated. 27 types of bioethanol samples from sugarcane molasses, sugar beet molasses and sugar cane juice were produced at anaerobic fermentation condition in three different temperature levels of 25 ˚C, 30˚c and 35 ˚C and in three different time levels of 24h, 48 h and 72 h. Then the values of density, kinematic viscosity and flash point were calculated in triplets. The results showed that with increasing the temperature and time processing, the viscosity, density and flashpoint would be decreased. The sugar type had a significant effect on these parameters. The closest value of viscosity to its standard amount was related to sugarcane molasses, producing at 25 ˚C and after 72 h fermentation, which was 1.5174 cSt. The nearest amount of density to its standard value was reported 0.9560 which was attributed to sugarcane juice producing at 35˚C and after 72 hours and for flashpoint it was 24.5 ˚C which belonged to sugarcane juice at 30 ˚C and 72 hours. The most bioethanol concentration was 74 gr.L-1 which was produced from sugarcane juice at 35 c◦ and after 72h.

    Keywords: bioethanol, fermentation, viscosity, density, flashpoint
  • Mohammad Hassan Moghadasi, Rouzbeh Riazi *, Sadegh Tabejamaat, Amir Mardani Pages 53-71

    In this study, oxy-combustion is numerically investigated under MILD conditions. This novel combination is ‎simulated in a laboratory-scale furnace with parallel fuel and oxidant jets and a recirculating flow. With nitrogen ‎removal from the oxidant stream, zero NOx emission for gaseous fuel systems is expected. Combustion field is ‎modelled using a well-stirred reactor and computational fluid dynamics. In the CFD modelling, RANS equations ‎are solved using RNG k-ε and EDC model is employed to model the turbulence-chemistry interaction. The effect ‎of oxidizer preheating and CO2 dilution on the combustion field as well as flue gas composition is investigated. ‎The results indicate that the flame maximum temperature does not experience a significant increase when the ‎preheat temperature rises, positively affecting the temperature distribution at the cost of CO emission which is a ‎direct consequence of higher recirculation and mixing rate. Also, a kinetic study on the chemical effect of CO2 ‎presence reveals that CO production path through CH3O radical is more strengthened compared to the main path ‎through formaldehyde when increasing the dilution level. When diluting the oxidant, methylene’s role become ‎more influential in CO formation than when pure oxygen is used, contributing to higher CO emission. CO2 defeats ‎CH4 and O2 to absorb the free H radicals, causing higher levels of CO production.‎

    Keywords: Oxy-combustion, MILD combustion, CO2 dilution, Numerical analysis
  • Mahdi Hasani, Masoud Iranmanesh *, Hossein Amiri, Mahmoud Rahmati Pages 73-86
    An experimental investigation has been done on the effective parameters on biogas extraction from the combination of food waste (FW) and cow manure and organic. Samples of FW were collected from the university restaurant and they mixed with the manure with different ratios of 1: 1, 1: 2, 1: 3, 3: 1 in a 1 liter polymeric bottles. These bottles embedded in a hot water bath at a thermophilic temperature of 55-60 ° C in a period of 15 days. The volume of biogas produced was measured. The results of gas production showed that the ratio of 1: 1 obtained the highest volume of cumulative gas ( 5 liters). Ten grams of chemical additive of silica gel and organic additives like rosemary plant, walnut shells, banana and tomato skin were added to the optimum selected ratio of digester. The produced cumulative biogas was increased 24.4%, 7.2%, 2.3%, 1.9%, 6.6% by volume respectively in compare with that of optimum based mixture. During the digestion period, PH changes showed that the highest volume of biogas was generated in neutral pH. And the use of walnut shells resulted in PH stabilization in the process. Measuring thermophysicsl properties (Total solids, volatile matter, moisture content, ash content), for the mixture of food waste and manure were shown the high capacity of food waste to convert to biogas (43%) Based on the laboratory experiments, energy analysis was performed for portable biogas reactor.
    Keywords: Food waste, Biogas, Organic additives, energy analysis
  • Mohammadhossein Jafari, Hadi Pasdarshahri * Pages 87-105
    In this paper, methane pool fire and fire plumes with two heat release rates of 14 and 45 kW are simulated using Large-Eddy Simulation (LES) method. In order to investigate the accuracy of various combustion models, two combustion models of Eddy Dissipation Model (EDM) and Infinity Fast Chemistry (IFC) have been evaluated with a one-equation sub-grid scale model. The simulated results are in a good agreement with experimental measurements, and show the scaling relations of mean temperature and velocity in each pool fire region including stable flame, intermittent and plume. Results indicate that, EDM combustion model have a better prediction of mean velocity and temperature while it have more computational time. In addition, by incorporating Fast Fourier Transform (FFT) analysis on the transient results of temperature and velocity, the prevailing frequency for the temperature and velocity is equal which is 2.75 Hz for the current case. Moreover, energy cascade of eddies shows the accuracy of the LES in predicting pool fire dynamic.
    Keywords: Large Eddy Simulation, Pool fire, Eddy dissipation model, Infinity Fast Chemistry, One-equation sub-grid scale model
  • Faezeh Ehsaniderakhshan, Kiumars Mazaheri *, Yasser Mahmoudi Pages 107-124

    In the present work, the noise of a turbulent non-premixed free flame is calculated. A Hybrid method with Lighthill analogy along with a CFD simulation is used to evaluate combustion noise. In this way, the reactive flow equations are solved by the Large Eddy Simulation and Partially Stirred Reactor model to simulate the interaction of turbulence and reaction. Then the combustion noise source terms including heat release fluctuation and non-isomolar combustion are extracted and used as the sources of Lighthill analogy. The assumption of compact flame is applied to the Lighthill equation and the Green function is used to calculate far field pressure fluctuations. It was shown that in low and medium frequency sound pressure level is in a good agreement with experimental data. By the way at the high frequencies the pressure level does not follow the experimental data. This discrepancy can be related to the compact flame assumption used in analytical solution. The results show that this analytical method can produce acceptable results with a low computational cost. Also, the noise emitted by the non-isomolar fluctuations is negligible against that of heat release fluctuations and can be ignored.

    Keywords: Combustion Noise, Large Eddy Simulation, Lighthill Analogy, turbulent flame, PaSR