فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال هفتم شماره 1 (پیاپی 13، بهار و تابستان 1393)

نشریه سوخت و احتراق
سال هفتم شماره 1 (پیاپی 13، بهار و تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/06/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید مهدی هدایت زاده، محمد سلطانیه *، اسماعیل فاتحی فر، امیر حیدری نسب، محمدرضا جعفری نصر صفحه 1

    توسعه مدل های سینتیکی برای سوخت های جدید نیازمند بهینه سازی پارامترهای سرعت واکنش هاست که در این میان الگوریتم ژنتیک کارایی بالایی دارد. از آنجایی که انتخاب پارامترهای مناسب جمعیتی و تولید مثل (تعداد جمعیت، احتمال ترکیب و احتمال جهش) در الگوریتم ژنتیک تاثیر زیادی بر دستیابی به ضرایب سینتیکی بهینه و نیز در سرعت همگرایی روش دارد، مقاله حاضر به بررسی اثر این پارامترها در حالت های مختلف در بهینه سازی های مربوط به یک مدل سینتیکی معتبر به عنوان ساختار مکانیسم در احتراق متان و هوا در داخل راکتور همزده پرداخته و سپس با استفاده از تحلیل آماری، بهترین پارامترهای الگوریتم ژنتیک را برای به دست آوردن پارامترهای سینتیکی گزارش کرده است. از میان پارامترهای الگوریتم ژنتیک، بیشترین تاثیر ناشی از احتمال جهش بوده که مقدار بهینه آن 0/001 به دست آمد و در رتبه بعدی تاثیر، جمعیت با تعداد بهینه 16 قرار گرفت. برای بررسی بیشتر اعتبار مدل بهینه شده، از مدل شعله پیش اختلاطی استفاده شد که نتایج آن، از لحاظ توزیع اجزای شیمیایی در طول شعله، تطابق کامل با مدل سینتیکی اصلی داشت.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، مدل سینتیکی بهینه، راکتور همزده کامل، شعله پیش اختلاط، احتراق
  • سید محمد موسوی، رحیم خوشبختی سرای *، کامران پورقاسمی، امین مقبولی صفحه 17

    یکی از راهکارهای مناسب برای گازسوزکردن موتورهای دیزلی استفاده از فناوری دوگانه سوز است. در موتورهای دوگانه سوز تحت شرایط بارهای جزئی، به دلیل عدم گسترش مناسب شعله به تمام نواحی محفظه احتراق، میزان آلاینده های UHC و CO افزایش یافته و بازده حرارتی موتور کاهش می یابد. از این رو، در این تحقیق به مطالعه تاثیر افزایش مقدار سوخت دیزل بر خصوصیات احتراقی، عملکردی و آلایندگی موتورهای دوگانه سوز تحت شرایط نصف بار کامل با ثابت نگه داشتن مقدار کل انرژی ورودی در هر چرخه با استفاده از کد محاسباتی KIVA-3V پرداخته شده است. مشاهده می شود که نمودار تغییرات فشار داخل سیلندر و مقادیر آلاینده های خروجی پیش بینی شده توسط مدل مطابقت خوبی با مقادیر تجربی دارند. همچنین، نتایج نشان می دهند که تحت شرایط بارهای جزئی، مقدار متان نسوخته در دورترین نواحی نسبت به موقعیت نازل انژکتورها نظیر کف کاسه پیستون و در چهار جهتی که سوخت دیزل پاشش نمی شود، غلظت بالایی دارد. با پاشش سوخت دیزل به داخل محفظه احتراق، یک ناحیه غنی از سوخت در نواحی فوقانی و در چهار جهت پاشش تشکیل می شود که در این ناحیه، به دلیل عدم وجود اکسیژن کافی برای احتراق کامل سوخت، قسمت عمده CO در این نواحی تشکیل می شود. از این رو، با افزایش سهم سوخت دیزل در بارهای جزئی، میزان نفوذ شعله نفوذی سوخت دیزل به نقاط دوردست محفظه احتراق بیشتر شده و احتراق گاز طبیعی نیز بهبود می یابد و همچنین درصد گاز طبیعی مخلوط شده با هوا در بار ورودی سیلندر کاهش یافته و به تبع آن اکسیژن بیشتری در مرحله مکش وارد محفظه احتراق می شود. این مقدار اکسیژن اضافی، در مناطق غنی از سوخت، باعث وقوع احتراق کامل سوخت شده و در نتیجه، در بالای محفظه احتراق، تشکیل آلاینده CO به طور چشمگیری کاهش و آلاینده NO کمی افزایش می یابد.
    تخصص ها:

    کلیدواژگان: موتورهای دوگانه سوز، تاثیر افزایش مقدار سوخت دیزل، کد KIVA، 3V، بارهای جزئی
  • پیام سینایی، صادق تابع جماعت، ناصر سراج مهدیزاده صفحه 35
    در این تحقیق، کارآیی شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان عامل انتگرالگیر از دسته معادلات دیفرانسیلی غیرخطی حاکم بر سینتیک شیمیایی احتراق در مدلسازی LES شعله پیش مخلوط مغشوش نشان داده شده است. آموزش شبکه عصبی مصنوعی براساس الگوریتم آموزشی خطای پس انتشار صورت گرفته است که در آن ضرایب مدل آموزشی به طور دینامیکی و سازگار با توپولوژی تابع خطا معین می شوند. جدول بانک اطلاعاتی آموزش شبکه عصبی براساس مطالعات مستقل شعله با استفاده از مدل احتراقی زیرشبکه ای اختلاط خطی گردابه بنا شده است و شبکه عصبی آموزش دیده، به طور موفقیت آمیز در سینتیک شیمیایی مدلسازی LES اندرکنش اغتشاشات میدان جریان مغشوش با جبهه شعله در نسبت های هم ارزی و سطوح اغتشاشی مختلف استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که زمانی که شبکه های عصبی مصنوعی به درستی آموزش داده شوند، قادرند که نرخ واکنش گونه های شیمیایی را با دقت بسیار بالا و با بازدهی بالاتری به لحاظ هزینه های محاسباتی حافظه و زمان نسبت به روش های رایج انتگرالگیری مستقیم و جداول جستجوی مقادیر پیش بینی کنند. نتایج حل عددی میدان جریان نیز تطابق کاملی با نتایج مطالعات گذشته نشان می دهند.
    کلیدواژگان: شعله پیش مخلوط، شبیه سازی گردابه های بزرگ، شبکه عصبی مصنوعی، سینتیک شیمیایی
  • میترا ابراهیمی نژاد، محمد حقیقی صفحه 55
    در صنعت پالایش، گوگرد موجود در برش های نفتی طی فرآیندی موسوم به هیدرودی سولفوریزاسیون حذف می شود. کاتالیزور های مرسوم در این فرایند، NiMo/Al2O3 و CoMo/Al2O3 هستند که نسبت به دیگر کاتالیزور ها متداول ترند. به منظور افزایش فعالیت این کاتالیزور ها و در نتیجه تولید سوخت با میزان گوگرد کمتر، تقویت کننده های ثانویه ازجمله فسفر به کاتالیزور افزوده می شود. برای نیل به این هدف، در این تحقیق، نانوکاتالیزور NiMoP/Al2O3 به روش تلقیح و با غلظت های متفاوتی از تقویت کننده فسفر برای حذف تیوفن (ترکیب گوگرددار) از خوراک حاوی دکان در فشار اتمسفری تهیه شد. نانوکاتالیزور های تهیه شده توسط آنالیز های XRDSEMFTIR و BET تعیین مشخصات شدند. نتایج حاصل از انجام این آنالیزها، بیانگر توزیع یکنواخت ذرات روی سطح پایه، تخریب آگلومره ها، افزایش توزیع و پراکندگی فاز فعال و کاهش تشکیل اسپینل نیکل در اثر افزودن میزان بهینه فسفر به کاتالیزور است. ارزیابی عملکرد این نانوکاتالیست نشان دهنده کاهش تیوفن از خوراک به مقدار کمتر از ppm100 است که در صورت افزودن فسفر به میزان 1 درصد وزنی حاصل می شود. این نتایج به دلیل قدرت اسیدی و خواص منحصر به فرد ساختاری نانوکاتالیزور حاوی تقویت کننده فسفر در مقابل کاتالیزور بدون فسفر است.
    کلیدواژگان: NiMo، Al2O3، نانوکاتالیزور، تقویت کننده، فسفر، خواص ساختاری، گوگردزدایی
  • حسین فتحی، سید حسین منصوری صفحه 73
    از یک مدل کاملا سینیتیکی با استفاده از روش احیای اکسیدهای نیتروژن بدون کاتالیست به منظور احیای NO خروجی از کوره ها و زباله سوزها استفاده شده است. از دو ماده آمونیاک و اوره به عنوان عوامل احیا برای روش احیای بدون کاتالیست بهره گرفته شده است. در روش مورد نظر از یک مکانیزم کاهش یافته استفاده شده و نتایج آن با نتایج ارائه شده در مطالعات تجربی و مدلسازی ها مقایسه شده است که تطابق قابل قبولی با این نتایج به دست می آید. پس از مقایسه نتایج فرآیند با استفاده از دو عامل کاهنده آمونیاک و اوره ملاحظه می شود که مقدار غلظت آمونیاک بهینه در شرایط دمایی پایین تری از اوره اتفاق می افتد و همچنین با مصرف مقدار کمتری آمونیاک نسبت به اوره بیشترین راندمان احیای NO از مقدار آن مربوط به اوره بیشتر است. همچنین، با داشتن شرایط یکسان برای آمونیاک و اوره، مشخص می شود که راندمان احیای NO براساس آمونیاک از راندمان احیا براساس اوره بیشتر است. اثر تخریبی افزایش دمای تزریق در آمونیاک بسیار بیشتر از اوره بوده، به طوری که با افزایش دما مقدار احیای NO به شدت کاهش می یابد. در حالی که افزایش دما در شرایط استفاده از اوره اثر تخریبی کمتری دارد.
    کلیدواژگان: روش احیای بدون کاتالیست (SNCR)، اکسیدهای نیتروژن، مکانیزم کاهش یافته، مدل سینیتیک شیمیایی
  • امیر گودرزی، محمد مهدی دوستدار صفحه 89
    تحلیل اگزرژی ابزاری برای تعیین سهم فرآیندهای دخیل در انتقال قابلیت کاردهی ورودی به سیستم و مکانی که در آن افت انرژی مفید در یک سیستم یا فرآیند رخ می دهد است. در این تحقیق مقایسه اگزرژیک عملکرد موتور احتراق داخلی اشتعال جرقه ای برای سوخت های بنزین، هیدروژن و متان مدنظر است. برای این منظور ابتدا مدلسازی چندناحیه ای موتور برمبنای پیشروی شعله معرفی شده است. سپس پایه های مفهومی لازم به منظور انجام تحلیل اگزرژی سیستم، با تعریف عبارت اگزرژی و ایجاد معادلات تعادلی اگزرژی مربوطه و به کار بردن آن ها برای سیستم های بسته و حجم کنترل، بنا نهاده شده است. از نتایج این تحقیق مشخص می شود که بیشترین سهم بازگشت ناپذیری در موتور مربوط به فرآیند احتراق است. همچنین، برای شرایط استوکیومتری می توان به درصد اگزرژی منتقل شده با کار تقریبا برابر برای هر سه سوخت، بیشترین درصد بازگشت ناپذیری برای بنزین و کمترین درصد بازگشت ناپذیری مربوط به هیدروژن اشاره کرد. بررسی نتایج تحلیل اگزرژی در شرایط کاری مختلف نشان می دهد که افزایش دور موتور سبب افزایش انتقال اگزرژی با کار و کاهش انتقال اگزرژی با گرما می شود. همچنین، افزایش نسبت توازن سبب افزایش سهم اگزرژی مخلوط درون سیلندر و کاهش سهم بازگشت ناپذیری از اگزرژی ورودی می شود.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، شبیه سازی چند ناحیه ای، تحلیل اگزرژی، سوخت های جایگزین
|
  • Seyed Mahdi Hedayatzadeh, Mohammad Soltanieh, Esmaeil Fatehifar, Amir Heidarinasab, Mohammad Reza Jafari Nasr Page 1

    Development of kinetic model for new fuels requires optimization of rate parameters of chemical reactions and for this purpose, genetic algorithm (GA) has great capabilities. Since the GA population and breeding parameters (e.g. population, crossover probability, and mutation probability) deeply affect the approach to the optimum point and convergence rate toward it, in this paper the effects of those GA parameters in the optimization of a valid kinetic model for combustion of methane/air, as base mechanism, within perfectly stirred reactors studied and then by using statistical analysis the optimum GA parameters have been determined. The mutation probability has the greatest effect with the optimum value of 0.001and then population stands in the next place with optimum value of 16. In order to validate the optimized model, it was used in the simulation of a premixed flame where concentration profile of selected species match perfectly with those of the original model.

    Keywords: Genetic algorithm, Optimized kinetic model, Perfectly, stirred reactor, Premixed flame, Combustion
  • Seyed Mohammad Mousavi, Rahim Khoshbakhti Saray, Kamran Poorghasemi, Amin Maghbouli Page 17

    One of the best strategies for using natural gas in diesel engines is dual fuel technology. In dual fuel engines, UHC and CO emissions increase and engine thermal efficiency decreasesat part loadsdue to the lack of suitable flame propagation in the combustion chamber. In this paper, the effect of increasingthe amount of diesel fuel on combustion, performance and emission characteristics of dual fuel engine was studied while keeping the total amount of energy input per cycle constant at part load condition. KIVA-3V codewas used to simulate the in-cylinder eventat closed part of engine cycle. Results show that the in-cylinder pressure historiesand emissions values ​​predicted by the models are in good agreement with thecorresponding experimental data. Also it can be resulted that at part loads,the unburned methane is remained in the most remote areas from diesel fuel injectors such as the bottom of the piston bowl and in four directions wherediesel fuel is not injected. By injection of diesel fuel into the combustion chamber, a fuel-rich zone is formed in the upper areas of combustion chamber and in four directions of injection in which the bulk of CO is formed in these regions due to the lack of oxygen for complete combustion. Hence by increasing the amount of diesel fuel at part loads, diffusion flame penetration of diesel fuel is increased into the combustion chamber and then natural gas combustion is improved.Also, the percentage of natural gas in the mixture that charged in intake stroke is reducedand consequently more oxygen enterscombustion chamber. This excess oxygen in the fuel-rich regions leads to complete combustion. Hence, on the top of the combustion chamber, formation of CO decreaseswhileformation of NO is slightly increased.

    Keywords: Dual fuel engine, Effect of increasing the amount of diesel fuel, KIVA, 3V code, Part loads
  • Page 35
    A large eddy simulation (LES) of premixed flame-turbulence interaction is performed with special emphasis on computing the instantaneous chemical species reaction rates with the recently developed approach of artificial neural networks (ANNs) for chemical kinetics. Training of the neural network is based on an independent flame study using linear eddy mixing technique. An analysis of computational performance, considering CPU time and a comparison between the performance of artificial neural network technique and other conventional methods is used to represent the chemical kinetics such as direct integration (DI) - and the ability of neural networks to model the highly non-linear and stiff chemistry ODEs is illustrated. The sub-grid combustion model of the LES is based on a linear eddy mixing model while a skeletal multi-species, multi-step chemical kinetic mechanism is applied for the combustion. A feed-forward, multi-layer architecture is chosen for the neural network and the training algorithm is based on a back-propagation gradient descent rule with adaptive learning rate and individual momentum factors for the weight coefficients. The flow field distribution and the flame characteristics obtained by LES with neural network based chemical kinetics tabulation, are in reasonable agreement with previous direct numerical simulation (DNS) study of the flame. The results show if the neural network is trained accurately, it can predict the instantaneous chemical species reaction rates in LES framework.
    Keywords: Premixed flame, Large eddy simulation (LES), Artificial neural network, Chemical kinetics
  • Mitra Ebrahiminejad, Mohammad Haghighi Page 55
    In oil refining industries, sulfur in the petroleum derivatives is removed by a hydrodesulfurization process. In general, the traditional hydrodesulfurization catalysts are CoMo/Al2O3 and NiMo/Al2O3. Addition of secondary promoter, phosphorus, is proposed as useful solution for increasing catalyst activity and production of standard fuels. In this research, a series of NiMoP/Al2O3 nanocatalysts with different loadings of phosphorus were synthesised with impregnation method and was evaluated for catalytic hydrodesulfurization (HDS) of thiophene (as a model sulfur component) in the atmospheric pressure. The synthesized nanocatalysts were characterized by XRD, FESEM, BET and FTIR techniques. The XRD results confirmed high dispersion of particles on the surface of γ-Al2O3 support. The FESEM images showed destroying of agglomerate and appropriate distribution of nanocatalyst particles due to application of optimal level of phosphorus. The specific surface area of the samples was decreased with increasing phosphorus content. The FTIR analysis revealed that the use of phosphorus promoter increased the distribution of the active phase, generated more active sites and decreased production of nickel spinel. The results of the catalytic activity for thiophene HDS reaction indicated that the synthesized nanocatalyst with phosphorus content of 0.8 wt% had the highest activity and was able to remove thiophene from the initial solution to less than 100 ppm. These results could be addressed by increasing acidity and excellent structural properties of the NiMoP/Al2O3 nanocatalyst with phosphorus loading.
    Keywords: NiMo, Al2O3, Nanocatalyst, Promoter, Phosphor, Structural properties, Desulfurization
  • Hossein Fathi, Seyyed Hossein Mansouri Page 73
    A fully kinetic model using selective non catalytic reduction (SNCR) of NOx has been used to reduce the NO in the exhaust of furnaces and incinerators. Ammonia and urea has been applied as reagents in the model. In considered method a reduced mechanism has been used and the results have been compared with the results of the experimental and numerical studies in the references. The comparison reveals good agreements between the results. The optimum concentration of injected reagent has been achieved for specified operating conditions and reagent slip. Comparing the results of the model by two reagents, ammonia and urea, the optimum concentration of ammonia is obtained in lower temperatures than the urea one. Moreover, using lower concentrations of NH3 results higher reduction efficiency of NO in comparison with urea. In addition, in the same concentrations of reagent the reduction efficiency of ammonia is higher. Also, the destruction of increasing the temperature of injection in the case of ammonia as a reagent is much higher than the urea one. Increasing the temperature will decrease the reduction of NO severely, but in the case of urea as a reagent the destruction of increasing the temperature is lower.
    Keywords: Selective Non Catalytic Reduction, NOx, Reduced Mechanism, Chemical Kinetic Model