فهرست مطالب

نشریه سوخت و احتراق
سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 43، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • راضیه پوردربانی*، علی موسوی صفحات 1-30
    انتشارات مضر احتراق سوخت های فسیلی محققان را تشویق می کند تا سوخت های جایگزین مانند بیودیزل را مطالعه کنند. البته آنالیز آلایندگی مشکل اصلی برای انتخاب سوخت مناسب است. بنابراین، در این مطالعه، یک موتور دیزل دوگانه سوز برای رویکردهای ارزیابی عملکرد و چرخه حیات محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، مخلوطی شامل بیودیزل مشتق از روغن آفتابگردان با افزودنی بیواتانول 3، 5 درصد و 7 درصد و بیوگاز خالص در کسری 50 تا 80 درصد به عنوان سوخت در فرآیند احتراق تهیه می شود. بر این اساس، در این تحقیق هشت نمونه سوخت تهیه و به همراه سوخت دیزل (به عنوان سوخت شاهد) مورد مطالعه قرار گرفته است. تمام مراحل از تولید نهاده تا احتراق نمونه های سوخت شامل استخراج روغن از دانه های آفتابگردان، تولید بیودیزل و بیواتانول و تولید گازطبیعی مشتق شده از بیوگاز خالص در ارزیابی چرخه حیات به طور جامع، به عنوان یک موضوع جذاب و ابتکاری در نظر گرفته می شود. این نمونه ها در یک موتور دوگانه سوز تحت احتراق قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که نمونه سوخت B5 و 3 درصد از افزودنی بیواتانول در عملکرد موتور و آلایندگی اگزوز بهترین ها هستند. علاوه بر این، شرایط بهتری هم در عملکرد موتور و هم در آلاینده های اگزوز در حداقل نرخ کسر گازطبیعی (50٪) به دست آمد. ارزیابی چرخه حیات جامع مزرعه تا احتراق نشان می دهد که ترکیب سازگار با محیط زیست با شاخص های عملکرد قابل قبول متعلق به B5E7 با 50% کسر گازطبیعی در بار کامل موتور است.
    کلیدواژگان: بیواتانول، بیودیزل، بیوگاز، موتور دیزل، ارزیابی چرخه حیات
  • محمد نجفی درچه کلمارانی، رامین کریم زاده* صفحات 31-53
    فیلترهای روغن استفاده شده هم خطرات زیست محیطی فراوانی را در بردارند و هم حاوی اجزاء ارزشمندی برای استفاده مجدد هستند که بازیافت آن ها را توجیه می کنند. در این طرح در میان روش های مختلف بازیافت از روش پیرولیز استفاده شده است. در این مطالعه رفتار هر یک از مواد تاثیرگذار در تولید باقی مانده (روغن کارکرده، واشر لاستیکی، کاغذ فیلتر) با تغییر دو پارامتر دما و زمان اقامت به صورت جداگانه بررسی شد. آزمایش ها در دماهای 360، 440 و 520 درجه سانتی گراد و دو زمان اقامت 30 و 90 دقیقه با جریان نیتروژن ثابت 200ml/min انجام شده و میزان باقی مانده تولیدی پس از هر آزمایش اندازه گیری شد. در پیرولیز روغن کارکرده با افزایش دما و زمان اقامت، تولید باقی مانده به دلیل پیشروی واکنش های شکست حرارتی اولیه خوراک ابتدا کاهش یافت و سپس به دلیل شروع شکست حرارتی ثانویه مواد هیدروکربنی موجود در راکتور کمی افزایش یافت. در پیرولیز واشر لاستیکی با افزایش دما و زمان اقامت، روند تولید باقی مانده همواره کاهشی بود. این رفتار نشان دهنده پیشرفت واکنش پیرولیز و شکست حرارتی اولیه مواد و همچنین تبخیر مواد هیدروکربنی جامد واشر در دما های بالا است. در بررسی تاثیر دما و زمان ماند بر پیرولیز کاغذ فیلتر مشاهده شد که در اثر افزایش دما و زمان ماند بازده باقی مانده تولید شده کاهش یافت که می-تواند در اثر شکست حرارتی اولیه کاغذ فیلتر یا شکست حرارتی دوباره باقی مانده باشد.
    کلیدواژگان: فیلترهای روغن استفاده شده، پیرولیز، قراضه های آهنی
  • امین علمداری*، فاطمه حاجی پور علمداری، عباس آقایی نژاد میبدی صفحات 53-72
    ترکیبات نیتروژن دار به واسطه اثرات منفی بر روی محیط زیست و پایداری کاتالیست باید از سوخت حذف شوند. در این پژوهش دی اکسید تیتانیوم و مگنتیت به چارچوب آلی- فلزی UiO-66 الحاق شدند و کامپوزیت Fe3O4/TiO2/UiO-66 به منظور استفاده در نیتروژن زدایی سوخت مدل استفاده شد. چارچوب آلی- فلزی و کامپوزیت سنتز شده به کمک روش های XRD، FTIR و BET تحلیل شدند. آنالیزهای تعیین مشخصات نشان داد که دی اکسید تیتانیوم و مگنتیت به خوبی به UiO-66 الحاق شده اند. نتایج جذب سطحی نشان داد که کامپوزیت Fe3O4/TiO2/UiO-66، ppm 200 کینولین را در شش ساعت، با مقدار جاذب 005/0 گرم بر 5 میلی لیتر سوخت نرمال - هپتان حاوی کینولین در دمای 25 درجه سانتی گراد به میزان 201 میلی گرم بر گرم جاذب حذف می کند. طبق مقادیر مربع خطاها (R2) میزان انطباق نتایج تجربی با مدل هم دمای جذب لانگمویر مناسب بود. نتایج نشان داد که مدل شبه مرتبه دوم برای توصیف سینتیک مناسب تر است. همچنین، سیستم جذب سطحی جدید ارائه شده را می توان به عنوان یک روش جایگزین برای پالایش سوخت در نظر گرفت که دارای عملکرد بسیار کارآمد و سازگار با محیط زیست است.
    کلیدواژگان: چارچوب های آلی- فلزی، Uio-66، نیتروژن زدایی، دی اکسید تیتانیوم، مگنتیت
  • جلال زروندی، جواد زروندی* صفحات 73-91
    در مطالعه ی حاضر، سعی شده است که بالیستیک داخلی میکرو تراستر سوخت جامد به صورت عددی شبیه سازی شود. شبیه سازی انجام شده به وسیله ی یک کد شبه یک بعدی که شامل معادلات جرم، انرژی (انتقال حرارت) و حالت است، انجام شده است. نتایج به دست آمده با یک کار آزمایشگاهی معتبر اعتبارسنجی شده که انطباق خوبی را نشان می دهد. گرین مورد استفاده در میکروتراستر از نوع فینوسیل[1] بوده که در سه حالت 4،8 و بی نهایت فین طراحی شده است. زوایای فین ها به ترتیب 45، 90 و 0 درجه (دایره) است. روابط مذکور، تشکیل یک دستگاه معادلاتی را می دهند که از آن، مقادیر فشار P ، دما T و جرم m بدست آمده و به وسیله ی بدست آوردن این سه پارامتر می توان مقدار زمان سوزش گرین t ، نرخ سوزش گرین r0 ، فشار و ماخ در خروجی نازل همگرا-واگرا Pe و Me و در انتها تراست و ایمپالس کل را محاسبه کرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که استفاده از گرین فینوسیل به علت افزایش سطح سوزش و به طبع آن افزایش مناسب فشار محفظه ی احتراق گزینه ی مناسبی جهت استفاده در میکرو تراسترهای فضایی است. همچنین نتایج نشان می دهد که در صورت وجود انتقال حرارت، فشار محفظه تقریبا 5/0 بار و ایمپالس کل 15 درصد کاهش می یابد.
     
     
    [1] Finocyl
    کلیدواژگان: _ میکرو-تراستر، بالیستیک داخلی، گرین Finocyl، _ سوخت جامد
  • میلاد باستانی، صادق تابع جماعت*، محمود مانی، حسین عشینی صفحات 92-108
    در این پژوهش، در تکمیل مطالعات گذشته که متمرکز بر ساختار شعله و مقدار آلایندگی بوده اند، احتراق گاز زیستی، متشکل از متان و کربن دی اکسید، در یک محفظه احتراق میکروتوربینی به صورت تجربی مطالعه شده و تاثیر وجود کربن دی اکسید و تغییر نسبت آن در مخلوط سوخت بر پارامترهای عملکردی محفظه و آلاینده ی تولیدی آن بررسی می شود. مطالعه در دو توان حرارتی مختلف و در نسبت هم ارزی ثابت برای 2 گاز زیستی انجام شده است و با احتراق گاز طبیعی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که نسبت کربن دی اکسید در سوخت تاثیر زیادی بر ساختار شعله احتراق آشفته و پارامترهای عملکردی دارد. افزایش نسبت کربن دی اکسید در سوخت، سرعت احتراق را کاهش داده و باعث تاخیر در احتراق و افت دمای شعله می شود. بنابر نتایج بدست آمده، اگرچه افزودن CO2 باعث کاهش مقدار آلاینده ی NOx خروجی از محفظه شده است، ولی مقدار CO تولیدی محفظه افزایش یافته و دمای خروجی و متعاقبا، بازده محفظه افت کرده است. نتایج این مطالعه گواه این نکته است که استفاده از چنین سوخت هایی در سیستم های احتراقی با مشعل های پیچشی ممکن است ولی باید روش هایی برای کاهش انتشار CO استفاده شود.
    کلیدواژگان: گاز زیستی، محفظه احتراق میکروتوربینی، نسبت کربن دی اکسید، گاز طبیعی، آلایندگی، عملکرد احتراقی
  • مهران کرامتی پور، محمد ضابطیان طرقی* صفحات 109-130
    در این مطالعه، شرایط حاکم بر یک کوره ی احتراق بدون شعله ی سوخت گاز طبیعی و هوا با سامانه ی بازچرخانی داخلی مجهز به بازو جهت افزایش ضریب بازچرخشی در مقیاس آزمایشگاهی بررسی خواهد شد. تاثیر تغییر زاویه ی آن بر پارامترهای احتراق بدون شعله نظیر حرارت آزاد شده، توزیع دما و ضریب بازچرخانی داخلی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان می دهد با افزایش زاویه ی بازو و بازتر شدن هندسه تا 60 درجه جریان به داخل کوره بهتر هدایت می شود و حجم ناحیه ی بازچرخانی در هندسه با زاویه ی بازو 60 درجه بیشترین مقدار است. با مقایسه ی مقدار ضریب بازچرخانی در کل کوره مشاهده می شود که تاثیر اصلی آن به روی ناحیه ی بازچرخانی است که منجر به تغییرات یکنواختی دما و حرارت آزاد شده می شود. با بررسی بیشینه حرارت آزاد شده می توان نتیجه گرفت طرح هندسه با زاویه ی 30 درجه بازو بهترین هندسه ی پیشنهادی برای کاربرد های عملیات حرارتی است با بررسی نتایج دما نتیجه شد که با کمتر بودن زاویه ی بازوی سامانه (بسته تر شدن سامانه) و تجمع بیشتر جریان احتراقی درون آن، دما از 1727 کلوین (برای هندسه ی بدون بازو) به مقدار 1738 کلوین (برای زاویه ی بازو 15 درجه) افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کوره ی احتراق بدون شعله، تغییر زاویه ی بازو، توزیع دما، سامانه ی بازچرخانی داخلی، ضریب بازچرخشی
|
  • Razieh Pourdarbani *, Ali Mousavi Pages 1-30
    The investigation of alternative fuels, such as biodiesel, have been prompted by the detrimental emissions resulting from the combustion of fossil fuels. Undoubtedly, the primary concern in fuel selection lies in the examination of emissions. Hence, the present study aims to examine the performance and environmental life cycle assessment methodologies of a dual fuel diesel engine. Furthermore, a fuel blend is made by combining biodiesel sourced from sunflower oil with varying concentrations of bioethanol (3%, 5%, and 7%) and pure biogas, with a percentage ranging from 50% to 80%. This fuel blend is intended for use in the combustion process. In this study, a total of eight fuel samples were meticulously produced and subsequently examined, alongside diesel fuel which served as the control fuel. The entire life cycle evaluation encompasses several stages, starting with the manufacturing of inputs to the combustion of fuel samples. This includes the extraction of oil from sunflower seeds, the production of biodiesel and bioethanol, as well as the generation of natural gas produced from pure biogas. These processes are regarded as captivating and pioneering topics within the field. The provided samples underwent combustion within a dual fuel engine. The findings indicate that the B5 fuel sample, when combined with a 3% bioethanol additive, demonstrates superior engine performance and reduced exhaust emissions. Furthermore, enhanced conditions were achieved in terms of engine performance and exhaust emissions when operating at the lowest rate of natural gas fractionation, which was 50%. The findings of a thorough life cycle evaluation, which examines the entire process from farm to combustion, indicate that the blend B5E7, consisting of 50% natural gas portion at maximum engine load, demonstrates both environmental friendliness and appropriate performance characteristics.
    Keywords: Life Cycle Assessment, Bioethanol, Biodiesel, Biogas, Diesel Engine
  • Mohammad Najafi Dorcheh Kalmarani, Ramin Karimzadeh * Pages 31-53
    Used oil filters contain both significant environmental hazards and valuable components suitable for reuse, justifying their recycling. Among various recycling methods, pyrolysis has been employed in this project. This study investigates the behavior of each influential material in residue production, including used oil, rubber gasket, and filter paper, with the alteration of two parameters: temperature and residence time, individually. Experiments were conducted at temperatures of 360, 440, and 520 degrees Celsius, with two residence times of 30 and 90 minutes, under a constant nitrogen flow rate of 200 ml/min. The residue yield was measured after each experiment. In the pyrolysis of used oil, with an increase in temperature and residence time, the residue production initially decreased due to the advancement of primary thermal cracking reactions in the feed. However, secondary thermal cracking of hydrocarbons present in the reactor led to a subsequent increase in residue production. In the pyrolysis of rubber gasket, the residue production trend consistently decreased with rising temperature and residence time, indicating the progression of pyrolysis and initial thermal cracking, as well as the vaporization of solid hydrocarbon materials at higher temperatures. In the examination of the effect of temperature and residence time on filter paper pyrolysis, it was observed that increasing these parameters reduced the efficiency of residue production. This reduction could be attributed to either the initial thermal cracking of the filter paper or the secondary thermal cracking of the produced residue.
    Keywords: : Used Oil Filters, Pyrolysis, Ferrous Scrap
  • Amin Alamdari *, Fatemeh Hajipouralamdari, Abbas Aghaeinejad-Meybodi Pages 53-72
    Nitrogenous compounds should be removed from fuel due to their negative effects on the environment and catalyst stability. In this research, titanium dioxide and magnetite were added to the UiO-66 metal-organic framework, and the Fe3O4/TiO2/UiO-66 composite was used to denitrogenation of the model fuel. The synthesized metal-organic framework and composite were analyzed by XRD, FTIR and BET methods. Characterization analyzes showed that titanium dioxide and magnetite were well incorporated into UiO-66. The adsorption results showed that the Fe3O4/TiO2/UiO-66 composite removes 200 ppm of quinoline in six hours, with 0.005 g adsorbent in 5 ml of n- heptane fuel containing quinoline at a temperature of 25 ºC at 201 mg.g-1 of adsorbent. According to the values of the squared errors (R2), the degree of conformity of the experimental results with the Langmuir adsorption isotherm model was suitable. The results showed that the pseudo-second order model is more suitable for describing the kinetics. Also, the presented new adsorption system can be considered as an alternative method for fuel refining, which has a very efficient and environmentally friendly performance.
    .
    Keywords: Metal-Organic Frameworks, Uio-66, Denitrogenation, Titanium Dioxide, Magnetite
  • Jalal Zarvandi, Javad Zarvandi * Pages 73-91
    In the present study, an attempt was made to numerically simulate the internal ballistics of a solid fuel micro-thruster. The simulation is performed by a one-dimensional code that includes the equations of mass, energy (heat transfer), species and state. The results are validated by one experimental work that show good compliance. The grain used in Micro thruster is of Finocyl type, which is designed in three modes of 4, 8 and infinite fin. The angles of the fins are 90,45, 0 (circle) degrees, respectively. The mentioned equations form a set of equations from which the values of pressure P, temperature T and mass m are obtained and by obtaining these three parameters, the amount of grain's burning time t ,grain's burning rate r0,pressure and mach at the exit of convergent-divergent nozzle Pe and Me can be determined. At the end calculated thrust and total impulse. The results show that the use of Finocyl grain due to the increased level of burning causes the chamber pressure to increase and more thrust to be generated. The results also show that in the presence of heat transfer, the chamber pressure is reduced by approximately 0.5 bar and the total impulse is reduced by 15%.
    Keywords: _ Micro-Thruster, Internal Ballistic, Finocyl Grain, _ Solid Fuel
  • Milad Bastani, Sadegh Tabejamaat *, Mahmoud Mani, Hossein Ashini Pages 92-108
    In this research, complementing previous studies that have focused on flame structure and pollutant levels, the combustion of biogas, composed of methane and carbon dioxide, in a micro gas turbine combustor is experimentally investigated. The influence of the presence of carbon dioxide and variations in its ratio in the fuel mixture on the performance parameters of the combustor and its produced pollutants is examined. The study is conducted at two different thermal powers and constant equivalence ratio for two biogases and compared with natural gas combustion. The results indicate that the carbon dioxide ratio in the fuel significantly affects the turbulent combustion flame structure and performance parameters. Increasing the carbon dioxide ratio in the fuel reduces the combustion rate, causing combustion delay and flame temperature reduction. According to the obtained results, although the addition of carbon dioxide leads to a decrease in the amount of NOx emissions, however, the produced CO in the combustor increases, resulting in an outlet temperature drop and consequently a decrease in the combustor efficiency. Based on these results, it is evident that the utilization of such fuels in combustion systems with swirl burners is feasible. However, measures need to be implemented to mitigate carbon monoxide emissions.
    Keywords: Biogas, Microturbine Combustion Chamber, Carbon Dioxide, Natural Gas Ratio, Pollution, Combustion Performance
  • Mehran Keramatipour, Mohammad Zabetian Targhi * Pages 109-130
    In this study, the conditions governing a flameless natural gas and air combustion furnace with an internal recirculation system equipped with an arm to increase the recirculation coefficient is numerically investigated on a laboratory scale. The effect of changing its angle on parameters of flameless combustion such as released heat, temperature distribution and internal recirculation coefficient was investigated. The simulation results show that by increasing the angle of the arm and opening the geometry up to 60 degrees, the flow is better directed into the furnace, and the volume of the recirculation area is the largest in the arrangement with an arm angle of 60 degrees. By comparing the value of the recirculation coefficient in the whole furnace, it is observed that its main effect is on the recirculation area, which leads to changes in the uniformity of temperature and released heat. By examining the maximum released heat, it can be concluded that the geometry design with an arm angle of 30 degrees is the best proposed geometry for heat treatment applications. By examining the temperature results, it was concluded that as the angle of the arm of the system is lower (the system becomes more closed) and the accumulation of the combustion flow inside it is greater, The temperature increases from 1727 K (for armless geometry) to 1738 K (for arm angle of 15 degrees).
    Keywords: Flameless Combustion Furnace, Arm Angle Change, Temperature Distribution, Internal Recirculation System, Internal Recirculation Coefficient