فهرست مطالب

  • سال دوازدهم شماره 4 (زمستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علیرضا علی پور*، محمدحسن سعیدی صفحات 1-13
    د در کار حاضر، تاثیر استفاده از ساختار ترکیبی بر مشخصه های احتراقی مخلوط هیدروژن-هوا، با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی و درنظر گرفتن سینتیک شیمیایی جزئی و ضرایب نفوذ مولکولی، بررسی می شود. تاثیر پارامترهای سرعت جریان ورودی، رسانش حرارتی دیوار و انحنای دیوار بر روی مشخصه های احتراق هیدروژن-هوا برای دو ساختار ساده و ترکیبی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که استفاده از ساختار ترکیبی تاثیر بسزایی بر روی  مشخصه های احتراقی و مکان شعله می گذارد. در ساختار ترکیبی، نقش انتقال حرارت، به واسطه سیال ثانویه، در مقایسه با ساختار ساده افزایش می یابد که منجربه بهبود مشخصه های حرارتی محفظه احتراق و کاهش نقش رسانش حرارتی دیوار در ساختار ترکیبی می شود. استفاده از آرایش ترکیبی در مقایسه با ساختار ساده باعث می شود که در سرعت ورودی یکسان، شعله به صورت مشخصی در فاصله نزدیک تر از ورودی محفظه احتراق تشکیل شود. تاثیر نسبت انحنای لوله به شعاع لوله با درنظرگرفتن دو مقدار 1 و 2 بررسی و مشاهده شد که در نسبت انحنای کمتر، به علت نقش پیش گرم کردن جریان ورودی توسط محصولات، مکان جبهه شعله به ورودی نزدیک تر و توزیع دما درون محفظه احتراق بهتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: احتراق در مقیاس میکرو، ساختار ترکیبی، محفظه احتراق U شکل، شبیه سازی عددی
  • عطیه تقی زاده، امید جهانیان*، سید ایمان پورموسوی کانی صفحات 15-31
    در این مقاله، یک موتور اشتعال تراکمی با واکنش پذیر کنترل شده با سوخت ترکیبی متان و هپتان نرمال به روش دینامیک سیالات محاسباتی به صورت سه بعدی و با درنظرگرفتن سینتیک مفصل شیمیایی سوخت ترکیبی به وسیله نرمافزار AVL-FIRE  شبیه سازی شده است. به منظور اعتبارسنجی حل، نتایج تحلیل موتور با داده های تجربی مقایسه شده اند. تاثیر تغییر دمای ورودی و همین طور تغییر ترکیب سوخت، بر پارامترهای عملکردی موتور نظیر فشار و دمای داخل سیلندر، نرخ آزادسازی انرژی و آلاینده اکسیدهای نیتروژن، بررسی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد با افزایش 30 درجه ای دمای اولیه نرخ واکنش های احتراقی افزایش یافته که منجربه افزایش تولید اکسیدهای نیتروژن می شود. این شرایط شدت صوت را به میزان 10 درصد افزایش داده و منجربه پیش انداختن فاز احتراقی به میزان 5 درجه لنگ خواهد شد. اما، از سوی دیگر به علت کاهش بازده حجمی ناشی از افزایش دما، بازده موثر موتور کاهش یافته و فشار موثر متوسط اندیکاتوری نیز  با کاهش 11 درصدی همراه می شود. همچنین، کسر انرژی متان با فرض انرژی ورودی و نسبت هم ارزی کل ثابت، از 65 تا 85 درصد افزایش یافته، که منجربه تاخیر در اشتعال 5 درجه ای به علت افزایش عدد اکتان و کاهش واکنش پذیری کلی مخلوط شده و به افزایش فشار موثر متوسط اندیکاتوری و کاهش 5 درصدی مصرف ویژه سوخت منتج می شود. از طرفی، به علت کاهش دمای احتراق، آلایندگی اکسیدهای نیتروژن نیز کاهش می یابد. روند صعودی بهبود شرایط عملکردی موتور تا کسر انرژی 80 درصدی متان بوده است و در کسر انرژی های بیشتر عملکرد موتور با افت همراه می شود. در مجموع بررسی فاز احتراقی نشان می دهد که دمای ورودی و ترکیب مخلوط سوخت می تواند عامل موثری در کنترل فاز احتراق باشد.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده، دمای ورودی، کسر انرژی متان، فاز احتراقی
  • سعید حبیبی راد، هادی پاسدار شهری* صفحات 33-50
    در این مقاله، به شبیه سازی عددی و مطالعه تجربی مشعل پیش مخلوط استوانه ای و سیستم مخلوط کننده آن پرداخته شده است. این مشعل ها در پکیج های چگالشی مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق، به بررسی کارکردی مشعل و مخلوط کننده در توان 11 کیلووات پرداخته شد ه است. همچنین، از سینتیک دومرحله ای متان-هوا برای شبیه سازی استفاده شده است. از خصوصیات این نوع مشعل ها می توان به طول کوتاه شعله، تشعشع بالا و آلایندگی کم اشاره کرد. تست های تجربی روی مشعل برای اندازه گیری دمای شعله و دمای سطح انجام شده است. همچنین، برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی از آن استفاده شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مطابقت قابل قبولی داشته و اختلاف نتایج عددی با نتایج تجربی دمای شعله در بیشترین حالت حدود 14 درصد است. نتایج تحقیقات نشان می دهد که با افزایش نسبت هم ارزی تا نسبت استوکیومتریک بیشینه دمای شعله و میزان آلایندگی NOx افزایش پیدا کرده است. همچنین، در فاصله تا 5/2 سانتی متری اطراف مشعل، تشعشع مکانیزم غالب در انتقال حرارت این مشعل است. محدوده نسبت هم ارزی 75/0 تا 85/0، با توجه به محدودیت دمای مورد نیاز در مشعل و نیز تولید آلاینده، به عنوان بازه کارکردی مشعل انتخاب شد.
    کلیدواژگان: مشعل پیش مخلوط استوانه ای، مخلوط کننده، نسبت هم ارزی، آلایندگی، شبیه سازی عددی
  • فاطمه چیتگرها، فتح اله امی*، محمد فرشچی صفحات 51-63
    در این مقاله، به معرفی روش فلیملت دوبعدی برمبنای رژیم پیش مخلوط پرداخته شده است. این روش ترکیبی از دو روش کاهش سینتیک، یعنی روش فلیملت و روش منیفولد، است. در این روش، شعله چندبعدی به صورت مجموعه ای از شعله های یک بعدی آرام درنظر گرفته می شود (روش فلیملت) و ساختار شعله توسط تعدادی متغیر کنترلی تعیین می شود (روش منیفولد). با استفاده از این مدل، بانک اطلاعاتی متغیر های شیمیایی برحسب متغیرهای کنترلی و پیشرو ساخته می شوند. با حل معادلات متغیرهای پیشرو و کنترلی در طول شبیه سازی خواص مورد نیاز از بانک اطلاعاتی میان یابی می شوند. در این مطالعه، به منظور به کارگیری روش فلیملت منیفولد دوبعدی، ابتدا روش فلیملت منیفولد یک بعدی صحت سنجی شد. به منظور صحت سنجی، از نتایج شبیه سازی مستقیم هندسه شعله جریان مخالف گازی پیش مخلوط جزئی با مکانیزم شیمیایی GRI2.11 استفاده شد. در مرحله بعد روش فلیملت منیفولد دو بعدی با اضافه کردن پارامتر کسر مخلوط بر یک شعله جریان متقابل با تغییرات نسبت هم ارزی (8/1-1) و نرخ کرنش به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که برای گونه های اصلی و دما روش فلیملت دوبعدی دارای دقت بسیار خوبی بوده و همچنین زمان محاسبات را تا چندین برابر کاهش می دهد. این روش در رژیم پیش مخلوط جزئی نتایج قابل قبولی را به ویژه درکرنش های نسبتا بالا نشان داد.
    کلیدواژگان: فلیملت منیفولد، متغیر پیشرفت واکنش، شعله پیش مخلوط
  • رضا زارعی، محسن دوازده امامی* صفحات 65-76
    در مقاله حاضر، تاثیر زاویه تزریق گاز در جریان هوا برای یک پیش مخلوط کن سوخت و هوا از طریق شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent و در زوایای تزریقی در محدوده °90 (جریان عمودی) تا °180 (جریان مخالف) انجام گرفته است. برای بیان میزان یکنواختی مخلوط، متغیر شاخص یکنواختی، برای نسبت جرمی متان در مقاطع مختلف خروجی، محاسبه شده است. نتایج نشان داده است که در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق تا °165، یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می شود. بعد از آن روند تغییرات معکوس شده، ولی دوباره، در حالت جریان مخالف، یکنواختی اندکی افزایش پیدا می کند. همچنین، میزان تاثیرگذاری زاویه تزریق وابسته به عدد رینولدز جریان هواست و با افزایش عدد رینولدز، تاثیر زاویه تزریق بر یکنواختی مخلوط خروجی بیشتر می شود. از طرف دیگر، میزان وابستگی عملکرد پیش مخلوط کن به عدد رینولدز جریان، در ابتدا، با افزایش زاویه تزریق، کاهش می یابد، ولی باز هم با عبور از زاویه °165 دوباره افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: سوخت، هوا، پیش مخلوط کن، زاویه تزریق، یکنواختی غلظت
  • مرتضی یاری*، نوید کوششی، علی صابری مهر صفحات 77-95
    گاز سنتزی می تواند گزینه مناسبی در موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی باشد. هدف پژوهش حاضر بررسی عددی تاثیر گازهای سنتزی با ترکیبات متفاوت بر عملکرد موتور و آلاینده های آن در یک انرژی ورودی ثابت است. بر همین اساس، سه گونه متفاوت از گازهای سنتزی تولیدشده توسط روش های گازسازی، برای مقایسه با گاز سنتزی شبیه سازی شده مرکب از هیدروژن و مونوکسیدکربن خالص، انتخاب شده اند. با توجه به نتایج به دست آمده، استفاده از گاز سنتز خروجی از گازسازها در موتورهای یادشده منجربه کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن درازای افزایش تولید دوده، مونوکسیدکربن و هیدروکربن های نسوخته و کاهش بازده ناخالص اندیکاتوری نسبت به گاز سنتزی        شبیه سازی شده می شود. نسبت جرم هیدروژن به جرم سایر گونه های قابل احتراق در سوخت سنتزی با فشار و دمای بیشینه، بازده ناخالص اندیکاتوری و اکسیدهای نیتروژن نسبت مستقیم و با سایر آلاینده ها نسبت عکس دارد. گاز سنتزی نوع اول در حالت 60 درصد جایگزینی با دیزل، با کاهش 78 درصدی اکسیدهای نیتروژن و 7/11 درصدی بازده ناخالص اندیکاتوری نسبت به دیزل خالص و افزایش 6/3 درصدی تخریب اگزرژی نسبت به گاز سنتزی شبیه سازی شده، بهترین گزینه برای استفاده در موتور در تمامی حالات جایگزینی است.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، احتراق دما پایین، آلایندگی، گاز سنتزی
  • فاطمه کوهستانی، فاطمه اسلامی، رامین کریم زاده* صفحات 97-110
    در این پژوهش، از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت سیلیس زدایی شده برای حذف آب از سوخت دیزل استفاده شد. بهینه سازی شرایط سلیس زدایی با استفاده از نرم افزار Design expert 7.0.0و به روش سطح پاسخ انجام شد. پارامترهای مورد بررسی غلظت محلول سدیم هیدروکسید، دما و زمان فرایند سیلیس زدایی درنظر گرفته شد. پس از بهینه سازی شرایط فرایند سیلیس زدایی از زئولیت، نتیجه تحقیق نشان داد که در شرایط بهینه سیلیس زدایی با محلول سدیم هیدروکسید با غلظت 47/0 مولار در دمای 05/84 درجه سانتی گراد به مدت 42/2 ساعت درصد جذب آب 32/95% است. برای انجام فرایند جذب آب از سوخت، 5/0% وزنی- حجمی از زئولیت سیلیس زدایی شده و سوخت دیزل (5 گرم زئولیت به ازای 1000 میلی لیتر سوخت) به مدت 2 ساعت با دور ملایم همزن مخلوط شدند و میزان آب موجود در سوخت با دستگاه کارل فیشر کولومتر اندازه گیری شد. زئولیت طبیعی و زئولیت سیلیس زدایی شده در شرایط بهینه، توسط آنالیزهای طیف سنجی پراش پرتو ایکس، فلوئورسانس پرتو ایکس، تبدیل فوریه مادون قرمز و میکروسکوپ الکترونی روبشی، مشخصه یابی و تحلیل شدند. با توجه به نتایج به دست آمده از آنالیزهای مشخصه یابی زئولیت، می توان نتیجه گیری کرد که سیلی زدایی به خوبی انجام شده است. نتایج جذب آب قبل و بعد از فرایند جذب نشان دهنده عملکرد قابل قبول زئولیت سیلیس زدایی شده است.
    کلیدواژگان: کلینوپتیلولیت، جذب، سیلیس زدایی، سوخت دیزل، طراحی مرکب مرکزی
|
  • Alireza Alipoor *, Mohammad Hassan Saidi Pages 1-13
    In the present work, the effect of using modular structure on combustion characteristics of the premixed lean hydrogen-air mixture is investigated by utilizing the three-dimensional CFD model, detailed chemistry and transport taking into account heat transfer through the wall combustor. Combustion characteristics are studied for different parameters, namely inlet velocity, wall thermal conductivity and tube curvature for modular structure and it compares with results of simple structure. The results show that using modular structure can significantly move flame front toward inlet section. In modular structure, the role of heat transfer due to secondary fluid increases in comparison with heat transfer in combustor walls. It improves thermal stability in the micro combustor and therefore, the role of wall thermal conductivity and heat transfer in wall combustor will be decreased for modular structure. Using modular structure for lower tube curvature is more effective which it has been shown for tube curvature of one and two.
    Keywords: Combustion in Micro Scale, Modular structure, U-shaped micro combustor, numerical simulation
  • Atie Taqizadeh, Omid Jahanian *, Iman Pourmousavi Pages 15-31
    In this paper, the effects of intake temperature and methane energy ratio on emission and combustion phasing in reactivity controlled compression ignition (RCCI) engine have been numerically investigated. In this study, the natural gas injected from inlet port and diesel fuel injected in cylinder directly. For validation, the results of RCCI engine have been compared to experimental data. For this purpose, different parameters such as temperature and pressure in cylinder, rate of heat release rate, soot and NOx compared. Afterwards, the effects of temperature variation from 350 K to 380 K and methane energy ratio variation from 0.65 to 0.85 were studied. The results show that by increasing intake temperature the maximum of pressure, rate of heat release and NOx emission would increase significantly while soot emission decreases. Also by increasing methane energy ratio from 65% up to 85% in the constant intake temperature and pressure, the mixture octane number will be rise, which would lead to an increases in ignition delay up to 5 crank angle so IMEP as an important factor will be enhanced and also NOx emission decreases because of lower combustion temperature .Consideration of intake temperature and methane energy ratio shows this parameter can play an important role on controlling on combustion phasing.
    Keywords: Reactivity Controlled Compression Ignition Engine, intake temperature, Methane Energy Ratio, Combustion Phasing
  • Saeed Habibirad, Hadi Pasdarshahri * Pages 33-50
    This paper focuses on a numerical simulation and experimental investigation of premixed cylindrical burner with gas mixing system. These burners are used in condensing boiler. Performance assessment of the burner and mixer at a power of 11 kW is the main purpose of this paper; also, the two-stage methane-air mechanism have been employed for combustion kinetic. Moreover, Short length of flame, high radiation and low emissions are among the most important and notable characteristics of these types of burners. To measure flame and burner surface temperature experimental tests have been conducted. Moreover, simulation results have been validated by experimental findings. Obtained results are in good agreement with experimental findings. In addition, maximum 14% difference have been found between experimental and numerical results. Results indicated that by increasing the equivalence to the stoichiometric ratio, maximum flame temperature and NOx emissions has been increased. Moreover, in this type of burners radiation is the dominant heat transfer mechanism at below 2.5 cm around the burner. The equivalence ratio at the range of 0.75 to 0.85 has been selected as the operating condition of the burner according to the temperature limitation and pollutant production in burner.
    Keywords: Premixed cylindrical burner, Mixer, Equivalence ratio, Emission, numerical simulation
  • Fatemeh Chitgarha, Fathollah Ommi *, محمد فرشچی Pages 51-63
    In this study, a 2D flamelet method is presented based on the premixed regime. This method can be considered as a combination of two existing reduced chemistry approaches i.e. the flamelet and manifold approach. This method shares the idea with the flamelet approaches that a multi-dimensional flame may be considered as a set of one-dimensional flames (flamelet method) and the flame structure is considered by some control variables. By this method, the database of chemical variables is constructed in terms of progress and controlling variables. During flame simulation, conservation equations have to be solved for the controlling variables only and the properties are interpolated from the database. In this research, 2D flamelet generated manifold is applied for laminar counterflow flames with two parameters (progress variable and mixture fraction). Test results of premixed counterflow flame show that detailed chemistry computations are reproduced very well by using 1DFGM with only progress variable. Predictions of temperature and major species mass fractions using 2DFGM have shown very good agreement with detailed chemistry computations especially, in high strain rates. Using the FGM method, the computation time has been reduced several times in simulating flames, demonstrating the enormous potential of the method.
    Keywords: Flamelet Manifold, Progress Variable, Partially Premixed Flame
  • Reza Zarei, Mohsen Davazdah Emami * Pages 65-76
    In the present article, the effect of injection angle of Methane gas into the air stream for an air/fuel premixer has been investigated by numerical simulations. The simulations have been done for injection angles from 90° or cross flow situation to 180°(counter flow) by the use of ANSYS Fluent software. Mixture uniformity was determined in terms of uniformity index of CH4 mass fraction at different outlet cross sections. Results have shown that firstly, mixture uniformity was increased with increase in injection angle which means approaching counter flow situation; after 165° angle this trend was inverted but in counter flow situation the uniformity increased once more. Moreover, it was shown that injection angle effectiveness depends on airflow Reynolds number and increases with an increase in Reynolds number. In addition, the dependence of premixer performance on Reynolds number at first decreases with increase in injection angle but rises again after 165° angle.
    Keywords: Fuel, Air, Premixer, Injection angle, Uniformity
  • Mortaza Yari *, Navid Kousheshi, Ali Saberimehr Pages 77-95
    Syngas, mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, is a suitable candidate for RCCI engines. In the present effort, the impact of syngases with different compositions, on the performance and emissions of a RCCI engine, at constant input energy, has been numerically investigated. For this purpose, different gasification processes have been employed to generate three different types of syngases for comparison with the simulated one which contains solely H2 and CO. Using these kinds of syngases compared with simulated one, results in less NOx in expense of more other emissions and less GIE. The ratio of hydrogen mass to the mass of other combustible species has a direct relation with maximum pressure and temperature, gross indicated efficiency (GIE) and NOx and a reverse relation with other pollutants. Syngas type I with a 78% reduction of NOx and a 11.7% reduction of GIE compared to conventional diesel and a 3.6% increase of exergy destruction compared to simulated syngas is the best alternative syngas in all cases.
    Keywords: RCCI engine, Low Temperature Combustion, Pollution, Syngas
  • Fatemeh Kouhestani, Fatemeh Eslami, Ramin Karimzadeh * Pages 97-110
    In this paper, natural zeolite (clinoptilolite) was desilicated to remove water from diesel fuel. Optimization of desilication conditions was done using Design-Expert 7.0.0 software and using response surface methodology. The parameters studied, the concentration of sodium hydroxide solution and the temperature and time of the desilication process were considered. After optimization of desilication process conditions, the water sorption percentage was 95.32% under the optimized conditions, the concentration of sodium hydroxide solution 0.47 molar, temperature 84.05 °C and time of 2.42 hours. To carry out the process of water sorption from fuel, amount of 0.5% w/v of the desilicated zeolite (5 g zeolite/1000 mL of the fuel) was mixed with diesel fuel for 2 h and the water content was measured by the volumetric Karl Fischer technique. The natural zeolite and the desilicated zeolite in the optimum conditions were characterized by XRD, XRF, FTIR and SEM analyses which indicate well desilication process. The results of water sorption before and after the sorption process indicate the acceptable performance of desilicated zeolite.
    Keywords: Clinoptilolite, Adsorption, Desilication, Diesel fuel, Central composite design