فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال چهارم شماره 2 (پیاپی 8، پاییز و زمستان 1390)

نشریه سوخت و احتراق
سال چهارم شماره 2 (پیاپی 8، پاییز و زمستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1391/02/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد مجیدی پارسا، رضا ابراهیمی، حسن کریمی صفحه 1
    در این مقاله، انتقال حرارت جریان گاز محترق در محفظه رانش یک موتور سوخت مایع به صورت عددی مطالعه شده است. جریان گاز در محفظه، با در نظر گرفتن اثرات اصطکاک، انتقال حرارت جابه جایی به دیواره، تشعشع گازها و واکنش های شیمیایی غیرتعادلی به صورت شبه یک بعدی شبیه سازی شده و معادلات حاکم با یک روش عددی کاملا ضمنی حل شده است. از مدل شیمیایی هوا- هیدروژن بربس، که شامل 9 جزء و 18 واکنش مقدماتی نرخ محدود است، برای شبیه سازی فرآیند احتراق استفاده شده است. جریان سیال خنک کننده در کانال های خنک کاری و هدایت حرارتی در دیواره به صورت شبه یک بعدی مدل شده است. نتایج حاصل نشان می دهند که روش حل به کار گرفته شده به خوبی می تواند جریان گاز در محفظه را شبیه سازی و شار حرارتی عبوری از دیواره، دمای دیواره و افزایش دمای سیال خنک کننده را محاسبه کند. بر اساس این نتایج، در نزدیکی ناحیه گلوگاه، شار حرارتی عبوری از دیواره محفظه و دمای دیواره به بیشترین مقدار خود می رسند. همچنین، بیشترین شار حرارتی ناشی از تشعشع گازها در محفظه احتراق در حدود 30 درصد شار حرارتی کلی عبوری از دیواره است. مقادیر محاسباتی نشان می دهند که با احتساب واکنش های شیمیایی در محفظه بیشترین شار حرارتی کلی عبوری از دیواره 30 درصد، بیشترین دمای دیواره 7 درصد، میزان افزایش دما و افت فشار سیال خنک کننده در کانال های خنک کاری به ترتیب 29 درصد و 3 درصد، با نتایج عددی مرجع مورد مقایسه اختلاف دارند.
    کلیدواژگان: جریان گاز محترق، انتقال حرارت، محفظه رانش، موتور سوخت مایع
  • جواد خادم، علی اسدی صفحه 17
    نظر به اینکه گاز طبیعی در بخش اعظم جهان صنعتی به یک منبع انرژی بسیار مهم تبدیل شده است، بررسی ساختار شعله و اثر آلاینده های آن بر محیط زیست امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. در این مقاله، احتراق گاز طبیعی که ترکیبی از هیدروکربن هایی مانند CH4، C2H6، C3H8و نیز گازهایN2، CO2، O2و H2است، با استفاده از مدل شعله نفوذی جریان مخالف، بررسی شده است. در این تحقیق، منحنی های دما، غلظت گونه ها و ترکیبات NOxبا استفاده از حل عددی به دست آمده و اثر رقیق کننده CO2بر توزیع دما و نرخ تولید گونه ها بررسی شده است. با توجه به تکامل مناسبسازوکارGRI3.0در مدل سازی احتراق گاز طبیعی، این سازوکار به عنوان سینتیک شیمیایی انتخاب شده است. افزایش رقیق ساز CO2در سوخت باعث کاهش دمایبیشینهاحتراق می شود که این به دلیل کاهش غلظت واکنش دهنده ها و در نتیجه کاهش نرخ واکنش کلی است. رقیق ساز CO2همچنین بیشینه کسر مولی گونه-های آلاینده C2H2و NOرا کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: شعله نفوذی، جریان مخالف، احتراق گاز طبیعی، رقیق سازی، شبیه سازی
  • بهمن نجفی، مهدی ترکیان، محمد امین حجازی، امیرعلی زمزمیان صفحه 29
    میکروجلبک ها، با قابلیلت رشد سریع و تولید حجم بالای روغن، می توانند به عنوان منبعی جدید برای بیودیزل مطرح باشند. در این تحقیق، از میکروجلبک کلرلا ولگاریس برای تولید بیودیزل استفاده شد. بیودیزل تولیدشده با درصدهای حجمی مختلف (2، 5 و 8 درصد) به گازوییل اضافه شد و در موتور دیزل M8/1 استفاده شد. موتور دیزل در سه بار مختلف (6/8، 9/82 و 100 درصد) و دور ثابت rpm 750، بر اساس استاندارد ECE R-96، مورد آزمون قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که استفاده مخلوط های سوخت بیودیزل B2، B5 و B8 تاثیر محسوسی بر توان ترمزی و مصرف سوخت ویژه ترمزی ندارد. با استفاده از سوخت B8 در بارهای مختلف 6/8، 9/82 و 100درصد بار نهایی دینامومتر، انتشار منوکسیدکربن به ترتیب 40، 20 و 18درصد و انتشار هیدروکربن های نسوخته به ترتیب 20، 2/27 و 20درصد کاهش پیدا می کنند، ولی انتشار اکسیدهای نیتروژن به میزان 20، 7/13 و 5/12درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: سوخت های جایگزین، بیودیزل، میکروجلبک، عملکرد، آلایندگی، موتور دیزل
  • علیرضا برخورداری، محمد فرشچی صفحه 43
    در این تحقیق، با استفاده از یک روش عددی مرتبه بالا، ساختار سلولی و ناحیه موج سه گانه موج تراک دوبعدی با ناپایداری ضعیف بررسی شده است. معادلات اویلر دوبعدی واکنشی و سازوکار شیمیایی یک مرحله ای آرنیوسی با استفاده از روش مرتبه بالای PPM و حل کننده دقیق مسئله ریمان برای یک مخلوط گازی حل شده است. با معرفی جمله اختلالی با توزیع هارمونیک در متغیر چگالی جلوی موج ZND، موج تراک با ساختار سلولی منظم تولید می شود. میدان حل شامل باریکه حاوی موج تراک است که با موج تراک و با گذشت زمان و در طول کانال جابه جا می شود. حل باریکه حاوی موج تراک، در مقایسه با حل کل کانال، ضمن حفظ دقت نتایج منجر به کاهش زمان و هزینه محاسبات می شود. در اولین مرحله، مطالعه تحلیل دقت شبکه عددی انجام شده و نشان داده شده است که با استفاده از روش عددی مذکور و استفاده از مدل واکنش یک مرحله ای برای تحلیل مناسب ساختار سلولی 24 نقطه بر طول نیمه واکنش کافی است. در ادامه تاثیر تغییر متغیرهای اختلال اولیه مانند ضخامت ناحیه اختلالی، فاصله اختلال از مرز پایین دست و ضریب تقویت اختلال بر روی روند تکامل ساختار سلولی بررسی شده است. بدین ترتیب دامنه مجاز تغییرات متغیرهای اختلالی مذکور با هدف عدم تاثیر بر دقت محاسبات و سایز نهایی سلول تراک به دست آمده است. در پایان نیز با افزایش دقت شبکه به 36 نقطه بر طول نیمه واکنش، توانایی سازوکار شیمیایی یک مرحله ای آرنیوسی در تحلیل نقطه سه گانه دوم و ناحیه برشی در ناحیه موج سه گانه نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: موج تراک، ناحیه موج سه گانه، ساختار سلولی، شبیه سازی عددی، واکنش شیمیایی یک مرحله ای
  • جاماسب پیرکندی، مجید قاسمی، محمدحسین حامدی صفحه 67
    هدف از ارائه این مقاله تحلیل عملکرد ترمودینامیکی یک سیستم هیبریدی جهت تامین هم زمان انرژی الکتریکی و حرارتی است. در این مقاله، ابتدا یک سیستم هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد و میکروتوربین گازی همراه با تجهیزات جانبی آن در نظر گرفته شده و سپس برای تمام اجزای چرخه مورد نظر یک تحلیل ترمودینامیکی و برای پیل سوختی به کار رفته در آن یک تحلیل الکتروشیمیایی مجزا انجام شده است. در ادامه، با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی اشاره شده، تاثیر دما و فشار کاری پیل و همچنین نسبت نرخ جریان هوا به سوخت ورودی به سیستم بر روی بازده، توان و آنتروپی تولیدی در سیستم هیبریدی بررسی شده و در نهایت یک حالت کارکرد بهینه برای آن ارائه شده است. نتایج نشانگر افزایش بازده سیستم هیبریدی در اثر افزایش دما و فشار کاری پیل (تا حدود 80 درصد) است. تعیین نسبت هوا به سوخت بهینه سیستم و همچنین محاسبات کامل روابط مربوط به پیل سوختی در سه بخش مجزا (بهسازی، الکتروشیمیایی، حرارتی) از دیگر موارد انجام شده در این تحقیق است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، میکروتوربین گازی، سیستم هیبریدی، تولید هم زمان
  • حمید ممهدی هروی، امیر مقصودی صفحه 91
    محفظه احتراق ضربانی دارای ساختاری ساده، هزینه کارکرد کم و قابل راه اندازی با انواع سوخت است. در این تحقیق، با ساخت محفظه احتراق ضربانی، به بررسی تجربی برخی از عوامل موثر بر آلاینده های NOX و CO و همچنین دمای شعله و فرکانس احتراق پرداخته شده است. دستگاه آزمایش به صورت غیر پیش آمیخته ساخته شده است. متغیرهای کلیدی آزمایش دبی جریان سوخت ورودی و طول لوله تخلیه هستند. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهد که با کاهش دبی سوخت، غلظت NOX و CO کاهش یافته و به کمترین مقدار خود به-ترتیب ppm 17و ppm 65 می رسند. این مقدار NOX، در مقایسه با مشعل های معمولی که در حدود 58 تا ppm138می باشد، بسیار مطلوب است. افزایش طول لوله تخلیه باعث کاهش غلظت آلاینده های NOX وCO و همچنین سبب کاهش فرکانس احتراق می شود. مقایسه نتایج حاصل با نتایج سایر محققان مطابقت خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق ضربانی، غیر پیش آمیخته، مواد آلاینده، آزمایشگاهی
  • یادداشت فنی
  • حجت قاسمی، محمدهادی عرب نژاد صفحه 103
    در این مقاله، یک مدل موجود برای پیش بینی نرخ سوزش ترکیبات مختلف پیروتکنیک منیزیم و نیترات سدیم توسعه داده شده است. با اصلاح برخی اجزای این مدل مانند زمان سوزش ذرات منیزیم، خواص ترموفیزیکی محصولات احتراق و چگالی ترکیب، نرخ سوزش به ازای مقادیر مختلف نسبت ترکیب و فشار پیش بینی شده است. سپس این مقدار پیش بینی شده با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده و تطابق خوبی با نتایج تجربی،به ویژه در مورد وابستگی نرخ سوزش به فشار، نشان داده است.
    کلیدواژگان: احتراق، پیروتکنیک، مدل نرخ سوزش
|
  • M. Majidi Parsa, R. Ebrahimi, H. Karimi Page 1
    In this article, the reacting gas flow heat transfer is numerically studied in the thrust chamber of a liquid rocket engine. The gas flow in the thrust chamber is considered as a quasi one-dimentional mathematic model in which the effects of friction, the convection heat transferred to the wall, gas radiation, and non-equalibruim chemical reactions were taken into account. The gas governing equations are solved with a fully implicit finite volume method. The Brabbs air-hydrogen chemical model, which includes 9 species and 18 finite rate elemntary reactions, is used for modeling the combustion processes. The coolant flow in the cooling channels and the heat conduction through the wall are modeled as a quasi one-dimentional mathematical model. Numerical results show that the method used for solving the governing equations can appropriately simulate the gas flow field, the wall temperature, the heat flux through the wall and can calculate the increase in the coolant temperature in the cooling channels, as well. Besed on these results, the wall temperature and the heat flux through the wall on the hot gas side reaches a maximum aboat the throat. The maximum heat flux by gases radiation is about 30% of total heat flux to the wall of the combustion chamber. Comparing the results obtained for this code that is considered as the effect of chemical reactions in the chamber with the numerical calculations, it can be seen that the differencess in the maximum heat flux to the wall, the maximum wall temperature, the tempreature increase, and pressure drop of the coolant in the cooling channels are 30%, 7%, 29%, and 3%, respectively.
    Keywords: Reacting gas flow, Heat transfer, Thrust chamber, Liquid rocket engine
  • J. Khadem, A. Asadi Page 17
    Since natural gas has become a very important energy source in most parts of the industrialize world, it is necessary to study the flame structure and the effect of its exhausts on the environment. In this paper, the combustion of natural gas, which is a combination of different hydrocarbons such as CH4, C2H6,and C3H8, and gasses like N2, CO2, and O2 and H2 has been investigated using the counterflow diffusion flame model. In this research, the profiles of temperature, species concentration, and NOx mixtures are determined using numerical solution and the CO2 diluent effect on temperature distribution and rate of species production are investigated. GRI3.0 mechanism is selected as the chemical kinetic in modeling natural gas combustion. Increasing the CO2 diluent in the fuel causes a reduction in the peak combustion temperature, which is caused by decreased concentration of reactants and consequently reduction in the general reaction rate. It also reduces the peak of mole fraction species of C2H2 and NO.
    Keywords: Diffusion flame, Counterflow, Natural gas combustion, Dilution, Simulation
  • B. Najafi, M. Torkian, M. A. Hejazi, A. A. Zamzamian Page 29
    Microalgaes, with high growing capability and high level of oil yield can be considered as a new source for biodiesel production. In this research, Chlorella vulgariss microalgae was used for biodiesel production. Biodiesel fuel produced was added to diesel fuel with different volume percentages (B2,B5, and B8) and used in the M8/1 diesel engine. The diesel engine was tested at three loads (8.6, 82.9, and %100) and constant engine speed (730 rpm) conditions based on the ECE R-96 standard. Experimental results indicated that using B2, B5, and B8 biodiesel blends does not have a significant effect on brake power and brake Specific fuel consumption. Using B8 at 8.6, 82.9, and %100 loads, the CO emission respectively decreased to 40, 20,and 18%; and the HC emission decreased to 20, 27.2, and 20%, respectively. However,the NOX emission increased to 20, 13.7, and 12.2%, respectively.
    Keywords: Alternative fuels, Biodiesel, Microalgae, Performance, Exhaust emission, Diesel engine
  • A. R. Barkhordari, M. Farshchi Page 43
    In this paper, the requirements of accurate simulation of the cellular structure and triple wave configuration of a weakly unstable detonation wave have been studied. Two-dimensional reactive Euler equations and a one-step Arrhenius form chemical mechanism have been solved using the well-known PPM scheme and the exact Riemann solver for a gas mixture of H2/O2/Ar. Introducing harmonic density perturbation ahead of ZND profile, detonation wave with regular structure would be produced. The flow field is restricted to a narrow patch containing detonation wave and moves with it during time and along the channel. Using the narrow patch, instead of the entire channel, leads to enormous computational cost and time saving, without losing the accuracy. At the first step, grid resolution study was conducted. Using the mentioned scheme and one-step chemical mechanism, it was shown that for capturing the cellular structure properly, a grid resolution of about 24 points per half reaction length is required. At the next step, the effects of initial perturbation parameters including perturbation amplitude factor, distance from perturbation to downstream boundary condition and perturbation thickness on the evolution and final cellular structure was examined. This way, permitted domain of variation for the parameters mentioned with the aim of precise simulation of celluar structure would be achieved. Finally, increasing the grid resolutions up to 36 points per half reaction length, capability of one-step Arrhenius chemical mechanism for capturing the second triple-point and the shear layer in triple-wave configuration has been investigated.
    Keywords: Detonation wave, Triple, wave configuration, Cellular structure, Numerical simulation, One, step chemical mechanism
  • J. Pirkandi, M. Ghasemi, M. H. Hamedi Page 67
    The purpose of this article is thermodynamic analysis of a hybrid system to provide simultaneous electrical and thermal energy. In this paper, a hybrid system of solid oxide fuel cell and micro gas turbine is investigated with all accessories and then, thermodynamic analysis for all components of the cycle is done. Also, an electrochemical analysis is separately performed for the fuel cell. Then, with parametric study for the mentioned hybrid system, the effect of cell temperature, working pressure and air to fuel flow ratio on efficiency, power, and entropy generation in the hybrid system are studied. Finally, a case for optimum performance is presented. The results indicate increased efficiency of hybrid system with increasing cell temperature and working pressure (up to 80 percent). Determining the optimum air to fuel flow ratio and the full calculations of fuel cell at three separate parts (reforming, electrochemical, thermal) are the other items presented in this study.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Micro gas turbine, Hybrid system, CHP
  • H. M. Heravi, A. Maghsoodi Page 91
    Pulse combustors are simplest form of combustor with low cost and operating with different fuels. In this research a non-premixed pulse combustor is constructed and some factors affecting the NOX, CO, flame temperature and frequency of combustion are experimentally investigated. The key variables of the experiments are the inlet mass flow rate of fuel and the tailpipe length. The results show that with decreasing the mass flow rate of fuel, the concentrations of NOX and CO are reduced and reached to its minimum values of 17 and 65 ppm, respectively. This level of NOX emission from pulse combustors is quoted to be generally lower than from conventional burners which reported to be 58-138 ppm. Increasing the tailpipe length causes the concentrations of NOX and CO to be decreased and the frequency of combustion is also decreased. The results are compared with the results of other researchers and are in good agreement.
    Keywords: Pulse combustor, Non premix, Pollutants, Experimental
  • H. Ghasemi, M. H. Arabnezhad Page 103
    This paper is dealing with the development of a new version of an existing burning model for predicting the burning rate of different pyrotechnic mixtures of magnesium and sodium nitrate. Modifying some parts of the model including burning time of magnesium particles, thermophysical properties of combustion products, and the mixture density, the burning rate has been predicted for different values of mixture composition and combustion pressure. Comparison of the predicted and available experimental values of the burning rates shows good agreements, especially in pressure dependency.
    Keywords: Burning rate model, Combustion, Pyrotechnic