ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تاثیر نانو ذرات Co2O3، ZnO و Fe3O4 بر بازده متان طی فرآیند هضم بی-هوازی پسماند آلی جامد شهری با استفاده از آزمون BMP
هضم بیهوازی (AD) میتواند روشی مناسب برای مدیریت و به دست آوردن انرژی باشد. در پژوهش حاضر، تأثیر افزودن نانوذرات روی (ZnO)، نانوذرات اکسید آهن (Fe3O4) و نانوذرات اکسید کبالت (Co2O3) بر تولید بیوگاز و بیومتان حاصل از هضم بیهوازی پسماند آلی جامد شهری و کود گاوی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که استفاده از نانوذرات یا عناصر کممصرف و ضروری با غلظتهای بهینه در بستر هاضم بهطور بالقوه باعث ایجاد اثراتی مثبت بر پایداری فرایند هضم، کاهش بیشتر ناخالصیها و گازهای آلاینده موجود در بیوگاز و تولید بیوگاز بیشتر شده است. نانوذرات روی (ZnO)، به دلیل اثر سمی بودن آن روی باکتریهای بی هوازی، در روزهای اول، بهطور مستقیم روی سمیت باکتری های بی هوازی تأثیر گذاشت و باعث کاهش بیوگاز تولیدی شد. اما، بعد از چند روز، باکتریهای بی هوازی خود را با اثر سمی بودن مواد اضافهشده سازگار کردند و قادر به زنده ماندن در چنین شرایطی بودند و درنتیجه بیوگاز تولیدی روند افزایشی پیدا کرد. فرایند هضم بیهوازی وابسته به نانوذرات است. افزایش نانوذرات اکسید آهن (Fe3O4)، نانوذرات روی (ZnO) و کاهش نانوذرات اکسید کبالت (Co2O3) تأثیر مثبتی بر روی نرخ تولید بیوگاز و بازده متان داشت. بهترین غلظت نانوذرات برای نرخ تولید بیوگاز و بازده متان حداکثر، برای نانوذرات اکسید آهن (Fe3O4) 20 تا 28 میلی گرم، برای نانوذرات روی (ZnO) 0.8 تا 1.5 و برای نانوذرات اکسید کبالت (Co2O3) 0.25 تا 0.35 میلیگرم است. بیشترین بیوگاز و متان تولیدی در طول فرایند هضم در همین نقاط ذکرشده به دست آمد.
https://www.jfnc.ir/article_139307_ecb7883086765f07caa1dd6c5816f90c.pdf
2021-09-23
1
15
10.22034/jfnc.2021.282855.1275
نانوذرات
هضم بیهوازی
بیوگاز
پسماند آلی جامد شهری
متان
روششناسی سطح پاسخ (RSM)
سیروان
خالدیان
shadidibehdad@gmail.com
1
گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
AUTHOR
حسین
حاجی آقا علیزاده
h-alizade@basu.ac.ir
2
مهندسی بیوسیستم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
LEAD_AUTHOR
مجید
رسولی
m.rasouli@basu.ac.ir
3
استادیار، مهندسی بیوسیستم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان
AUTHOR
به داد
شدیدی
b.shadidi@basu.ac.ir
4
مهندسی بیو سیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
AUTHOR
K. Mahla, S. M. Safieddin Ardebili, H. Sharma, A. Dhir, G. Goga and H. Solmaz, “Determination and utilization of optimal diesel/n-butanol/biogas derivation for small utility dual fuel diesel engine,” Fuel, 289, 2021, 119913, in press.
1
M. Safieddin Ardebili, “Green electricity generation potential from biogas produced by anaerobic digestion of farm animal waste and agriculture residues in Iran,” Renewable Energy, 154, 2020, pp. 29-37.
2
Carrere, Y. Rafrafi, A. Battimelli, M. Torrijos, J. P. Delgenes and C. Motte, “Improving methane production during the codigestion of waste-activated sludge and fatty wastewater: Impact of thermo-alkaline pretreatment on batch and semi-continuous processes,” Chemical Engineering Journal, 210, 2012, pp. 404-409.
3
Y. Choong, I. Norli, A. Z. Abdullah and M. F. Yhaya, “Impacts of trace element supplementation on the performance of anaerobic digestion process: A critical review,” Bioresour Technol, 209, 2016, pp. 369-379.
4
Abdelsalam, M. Samer, Y. Attia, M. Abdel-Hadi, H. Hassan and Y. Badr, “Effects of Co and Ni nanoparticles on biogas and methane production from anaerobic digestion of slurry,” Energy Conversion and Management, 141, 2017, pp. 108-119.
5
Hagos, J. Zong, D. Li, C. Liu and X. Lu, “Anaerobic co-digestion process for biogas production: Progress, challenges and perspectives,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 2017, pp. 1485-1496.
6
Abdelsalam, M. Samer, Y. Attia, M. Abdel-Hadi, H. Hassan and Y. Badr, “Influence of zero valent iron nanoparticles and magnetic iron oxide nanoparticles on biogas and methane production from anaerobic digestion of manure,” ENERGY, 120, 2017, pp. 842-853.
7
Mao, Y. Feng, X. Wang and G. Ren, “Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 2015, pp. 540-555.
8
Boulanger, E. Pinet, M. Bouix, T. Bouchez and A. A. Mansour, “Effect of inoculum to substrate ratio (I/S) on municipal solid waste anaerobic degradation kinetics and potential,” Waste Management, 32, No. 12, 2012, pp. 2258-2265.
9
Kato, K. Hashimoto and K. Watanabe, “Methanogenesis facilitated by electric syntrophy via (semi) conductive iron‐oxide minerals,” Environmental microbiology, 14, No. 7, 2012, pp. 1646-1654.
10
Zhang, J. Keller and Z. Yuan, “Inhibition of sulfate-reducing and methanogenic activities of anaerobic sewer biofilms by ferric iron dosing,” Water research, 43, No. 17, 2009, pp. 4123-4132.
11
Karri, R. Sierra‐Alvarez and J. A. Field, “Zero valent iron as an electron‐donor for methanogenesis and sulfate reduction in anaerobic sludge,” Biotechnology and Bioengineering, 92, No.7, 2005, pp. 810-819.
12
Li, S. Chen and X. Li, “Biogas production from anaerobic co-digestion of food waste with dairy manure in a two-phase digestion system,” Applied biochemistry and biotechnology, 160, No. 2, 2010, pp. 643-654.
13
Sreekrishnan, S. Kohli and V. Rana, “Enhancement of biogas production from solid substrates using different techniques––a review,” Bioresource technology, 95, No. 1, 2004, pp. 1-10.
14
Rasouli, Y. Ajabshirchi, S.M. Mousavi, M. Nosrati and S. Yaghmaei, “Process optimization and modeling of anaerobic digestion of cow manure for enhanced biogas yield in a mixed plug-flow reactor using response surface methodology,” Biosciences Biotechnology Research Asia, 12, 2015, pp. 2333-2344.
15
Romero-Güiza, J. Vila, J. Mata-Alvarez, J. Chimenos and S. Astals, “The role of additives on anaerobic digestion: a review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 2016, pp. 1486-1499.
16
A. Ganzoury and N. K. Allam, “Impact of nanotechnology on biogas production: a mini-review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 2015, pp. 1392-1404.
17
Luna-delRisco, K. Orupõld and H. C. Dubourguier, “Particle-size effect of CuO and ZnO on biogas and methane production during anaerobic digestion,” Journal of Hazardous Materials, 189, No. 12, 2011, pp. 603-608.
18
Zhang, G. Xiao, L. Peng, H. Su and T. Tan, “The anaerobic co-digestion of food waste and cattle manure,” Bioresource technology, 129, 2013, pp. 170-176.
19
Zhang, H. Su, J. Baeyens and T. Tan, “Reviewing the anaerobic digestion of food waste for biogas production,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 38, 2014, pp. 383-392.
20
Zhang, Y. W. Lee and D. Jahng, “Anaerobic co-digestion of food waste and piggery wastewater: focusing on the role of trace elements,” Bioresource technology, 102, No. 8, 2011, pp. 5048-5059.
21
İ. Temizel, S. M. Emadian, M. Di Addario, T. T. Onay, B. Demirel, N. K. Copty and T. Karanfil, “Effect of nano-ZnO on biogas generation from simulated landfills,” Waste Management, 63, 2017, pp. 18-26.
22
Zhang, G. Zeng, G. Zhang, Y. Li, B. Zhang and M. Fan, “Anaerobic co-digestion of biosolids and organic fraction of municipal solid waste by sequencing batch process,” Fuel processing technology, 89, No. 4, 2008, pp. 485-489.
23
Stoddard, “Communal Polyethylene Biogas Systems: Experiences from on-farm research in rural West Java,” PhD dissertation, Sweden, Uppsala University, Global Energy Systems, 2010.
24
J. Anderson and P. J. Whitcomb, DOE simplified: practical tools for effective experimentation,” CRC press, Boca Raton, Florida, United States, 2017.
25
Liu, Y. Zhang, X. Quan, Y. Li, Z. Zhao, X. Meng and S. Chen, “Optimization of anaerobic acidogenesis by adding Fe0 powder to enhance anaerobic wastewater treatment,” Chemical Engineering Journal, 192, 2012, pp. 179-185.
26
ORIGINAL_ARTICLE
بهینه سازی تولید هیدروژن با استفاده از نانوفتوکاتالیست های تیتانیا/زئولیت فرآوری شده با بکارگیری روش سطح پاسخ براساس طراحی باکس-بنکن
در پژوهش حاضر، روش سطح پاسخ براساس طراحی باکس-بنکن با هدف بهینه سازی تولید فتوکاتالیستی هیدروژن با استفاده از فتوکاتالیست تیتانیا-کلینوپتیلولیت فرآوری شده بررسی شد. بدین ترتیب، در ساخت فتوکاتالیست، به منظور دستیابی به یک پایه طبیعی مؤثر، همگن و تکرارپذیر، از روش فرآوری ترکیبی تبادل یونی-بازشویی استفاده شد و بارگذاری 10 درصد وزنی فاز فعال TiO2 بر روی پایه کلینوپتیلولیت فرآوریشده به کمک تابش اولتراسوند در طول فرایند سنتز بهروش SSD انجام گرفت. نتایج آنالیزهای شناسایی نشان از خصوصیات فیزیکی-شیمیایی مناسب فتوکاتالیست سنتزشده دارند که آن را برای واکنش فتوکاتالیستی شکافت آب مناسب و مؤثر میکند. براساس نتایج جدول آنالیز واریانس هر سه متغیر و پارامتر عملیاتی میزان pH محلول، مقدار بارگذاری فتوکاتالیست و مقدار درصد حجمی عامل الکترون دهنده بر روی میزان تولید هیدروژن اثرگذارند. در میان این سه متغیر، میزان pH محلول مؤثرترین پارامتر شناخته می شود. از بین مدل های مورد ارزیابی در روش سطح پاسخ، مدل مرتبه دوم با بالاترین مقدار ضریب همبستگی (0.9967=R2 و 0.9942=R2adj) بیشترین تطابق را با داده های آزمایشگاهی دارد. با بررسی نحوه اثرگذاری این پارامترها و تعاملاتشان روی پاسخ، میتوان دریافت که حداکثر مقدار هیدروژن تولیدی در شرایط بهینه pH بازی برابر با 10، مقدار کاتالیست g L-1 1/1 و مقدار عامل الکتروندهنده 12.5 درصد حجمی به دست می آید.
https://www.jfnc.ir/article_139588_6a9fd5cec07b84baf02be5682e126925.pdf
2021-09-23
17
32
10.22034/jfnc.2021.272744.1266
واکنش شکافت آب
تولید هیدروژن
روش سطح پاسخ
طراحی باکس-بنکن
تیتانیا
روجیار
اکبری سنه
r.akbari@uok.ac.ir
1
دانشگاه کردستان
LEAD_AUTHOR
شهرام
شریف نیا
sharif@razi.ac.ir
2
دانشگاه رازی
AUTHOR
غلامرضا
مرادی
gmoradi@razi.ac.ir
3
دانشگاه رازی
AUTHOR
Li and X. Cui, “A hydrothermal route for constructing reduced graphene oxide/TiO2 nanocomposites: Enhanced photocatalytic activity for hydrogen evolution,” International Journal of Hydrogen Energy, 39, 2014, pp. 19877-19886.
1
Sharma, M. R. Pai, G. Kaur, Divya, V. R. Satsangi, S. Dass and R. Shrivastav, “Efficient hydrogen generation on CuO core/AgTiO2 shell nano-hetero-structures by photocatalytic splitting of water,” Renewable Energy, 136, 2019, pp. 1202-1216.
2
Xu, J. Ng, X. Zhang, H. Bai and D. Sun, “Fabrication and comparison of highly efficient Cu incorporated TiO2 photocatalyst for hydrogen generation from water,” International Journal of Hydrogen Energy, 35, 2010, pp. 5254-5261.
3
Long, J. Li, L. Wu and X. Li, “Enhanced photocatalytic performance of platinized CdS/TiO2 by optimizing calcination temperature of TiO2 nanotubes,” Materials Science in Semiconductor Processing, 26, 2014, pp. 107-111.
4
A. Ismail and D. W. Bahnemann, “Photochemical splitting of water for hydrogen production by photocatalysis: A review,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 128, 2014, pp. 85-101.
5
M. Navarro, M. C. Sanchez, M. C. Alvarez-Galvan, F. Valle and J. L. G. Fierro, “Hydrogen production from renewable sources: biomass and photocatalytic opportunities,” Energy & Environmental Science, 2, 2009, pp. 35-54.
6
Ni, M. K. H. Leung, D. Y. C. Leung and K. A. Sumathy, “A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using for hydrogen production,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11, 2007, pp. 401-425.
7
Solakidou, A. Giannakas, Y. Georgiou, N. Boukos, M. Louloudi and Y. Deligiannakis, “Efficient photocatalytic water-splitting performance by ternary CdS/Pt-N-TiO2 and CdS/Pt-N,F-TiO2: Interplay between CdS photo corrosion and TiO2-dopping,” Applied Catalysis B: Environmental, 254, 2019, pp. 194-205.
8
Jiang, K. Y. Lee, C. M. A. Parlett, M. K. Bayazit, C. C. Lau, Q. Ruan, S. J. A. Moniz, A. F. Lee and J. Tang, “Size-controlled TiO2 nanoparticles on porous hosts for enhanced photocatalytic hydrogen production,” Applied Catalysis A: General, 521, 2016, pp. 133-139.
9
Sun, X. Hu, S. Zheng, Z. Sun, S. Liu and H. Li, “Influence of calcination temperature on the structural, adsorption and photocatalytic properties of TiO2 nanoparticles supported on natural zeolite,” Powder Technology, 274, 2015, pp. 88-97.
10
Enzweiler, P. H. Yassue-Cordeiro, M. Schwaab, E. Barbosa-Coutinho, S. Olse and N. R. C. Fernandes, “Evaluation of Pd-TiO2/ZSM-5 catalysts composition effects on hydrogen production by photocatalytic water splitting,” International Journal of Hydrogen Energy, 43, 2018, pp. 6515-6525.
11
Enzweiler, P. H. Yassue-Cordeiro, M. Schwaab, E. Barbosa-Coutinho, S. Olse and N. R. C. Fernandes, “Catalyst concentration, ethanol content and initial pH effects on hydrogen production by photocatalytic water splitting,” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 388, 2020, pp. 112051.
12
Baerlocher, W. M. Meier and D. H. Olson, HEU, in Atlas of Zeolite Framework Types, Amsterdam, Elsevier, 2001, pp. 146-147.
13
Akbari Sene, G. R. Moradi and S. Sharifnia, “Sono-dispersion of TiO2 nanoparticles over clinoptilolite used in photocatalytic hydrogen production: Effect of ultrasound irradiation during conventional synthesis methods,” Ultrasonics Sonochemistry, 37, 2017, pp. 490-501.
14
Rahmani, M. Haghighi and M. Amini, “The beneficial utilization of natural zeolite in preparation of Cr/clinoptilolite nanocatalyst used in CO2-oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 31, 2015, pp. 142-155.
15
Ates and C. Hardacre, “The effect of various treatment conditions on natural zeolites: Ion exchange, acidic, thermal and steam treatments,” Journal of Colloid and Interface Science, 372, 2012, pp. 130-140.
16
Rahmani, M. Haghighi and S. Mahboob, “CO2-enhanced dehydrogenation of ethane over sonochemically synthesized Cr/clinoptilolite-ZrO2 nanocatalyst: Effects of ultrasound irradiation and ZrO2 loading on catalytic activity and stability,” Ultrasonics Sonochemistry, 33, 2016, pp. 150-63.
17
Rahmani and M. Haghighi, “Sono-dispersion of Cr over nanostructured LaAPSO-34 used in CO2 assisted dehydrogenation of ethane: Effects of Si/Al ratio and La incorporation,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, 27, 2015, pp. 1684-701.
18
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی تجربی و عددی مشخصات قطره سازی سوختهای دیزل و مازوت تزریق شده از یک انژکتور فشاری-پیچشی
در این پژوهش تلاش شده است تا روشهای تجربی و عددی، به منظور اندازهگیری پارامترهای قطرهشوندگی یک سوخت غیرنیوتنی سنگین نفتی به نام مازوت و یک سوخت سبک نفتی به نام دیزل، مورد استفاده قرار گیرد و همچنین چگونگی رفتار اسپری این سوختها مطالعه شود. از تجهیزات تصویربرداری بسیار قدرتمندی برای ثبت تصاویر اسپری سوختها استفاده شد و با آنالیز تصاویر دادههای مدنظر استخراج شد. درنهایت، از روش بیشینه آنتروپی برای تحلیل عددی تابع توزیع جریان اسپری سوختها استفاده شد. از اختلاف فشار 15 بار به بعد تقریبا نرخ جریان جرم سوختها ثابت باقی میماند (بین 1/6 تا 1/8 گرم بر ثانیه). زاویه مخروط اسپری سوخت مازوت در ابتدا افزایش مییابد و پس از آنکه جریان به سمت قطرهسازی کامل نزدیک شود (در دمای بالای 90 درجه و فشار بالای 15 بار)، تقریبا به مقدار ثابت 80 درجه میرسد (مخروط زاویه اسپری دیزل هم به مقدار تقریبا ثابت 85 درجه میرسد). طول شکست و قطر قطرات نیز با افزایش دما و فشار سوخت روندی نزولی را طی کرده و با توسعه کامل جریان، تقریبا به سمت مقدار صفر میل میکنند. توزیع قطر اندازه قطرات با افزایش گرانروی سیال و توزیع سرعت قطرات با کاهش گرانروی سیال صافتر و یکنواختتر میشود.
https://www.jfnc.ir/article_140590_f487c973c1e1a3bbbe5bb2f8e4a67cb6.pdf
2021-09-23
33
58
10.22034/jfnc.2021.284326.1278
تست تجربی
قطره سازی
حل عددی
بیشینه آنتروبی
حسین
مهدوی مقدم
mahdavy@kntu.ac.ir
1
هیات علمی دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
LEAD_AUTHOR
الیاس
رستمی
elyas.rostami@email.kntu.ac.ir
2
دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
AUTHOR
. A. H. Lefebvre and V. G. McDonell, Atomization and sprays, Second Edition, Florida, CRC press, 2017.
1
S. Som nad S. K. Aggarwal, “Effects of primary breakup modeling on spray and combustion characteristics of compression ignition engines,” Combustion and flame, 157, 2010, pp. 1179-1193.
2
K. Tagasaki, H. Tajima, M. Nakashima and H. Ishida, “Combustion characteristics of trouble-making bunker fuel oil,” MTZ worldwide, 63, 2002, pp. 18-20.
3
S. Zhao, Z. Xu, C. Xu and K. H. Chung, “Feedstock characteristic index and critical properties of heavy crudes and petroleum residua,” Journal of Petroleum Science and Engineering, 41, 2004, pp. 233-242.
4
L. Goldsworthy, “Computational fluid dynamics modelling of residual fuel oil combustion in the context of marine diesel engines,” International Journal of Engine Research, 7, 2006, pp. 181-199.
5
C. Fink, B. Buchholz, M. Niendorf and H. Harndorf, “Injection spray analyses from medium speed engines using marine fuels,” InProceedings of the 22nd European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (ILASS’08), Como Lake, Italy, September 2008.
6
N. Kyriakides, C. Chryssakis and L. Kaiktsis, “Development of a computational model for heavy fuel oil for marine diesel engine applications,” In: 19th Int. Multidimensional Engine Modeling User’s Group Meeting at the SAE Congress, Detroit, April 2009.
7
J. Park, J. H. Jang and S. Park, “Effect of fuel temperature on heavy fuel oil spray characteristics in a common-rail fuel injection system for marine engines,” Ocean Engineering, 104, 2015, pp. 580-589.
8
M. Guo, N. Shimasaki, K. Nishida, Y. Ogata and Y. Wada, “Experimental study on fuel spray characteristics under atmospheric and pressurized cross-flow conditions,” Fuel, 184, 2016, pp. 846-855.
9
P. Ghadimi, H. Nowruzi, M. Yousefifard and M. A. Chekab, “A CFD study on spray characteristics of heavy fuel oil-based microalgae biodiesel blends under ultra-high injection pressures,” Meccanica, 52, 2017, pp. 153-170.
10
R. Shahsavan-Markadeh, Modeling of gasification of heavy fuel oil droplet, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, 2017. (In Persian)
11
A. Bader, M. Hartwich, A. Richter and B. Meyer, “Numerical and experimental study of heavy oil gasification in an entrained-flow reactor and the impact of the burner concept,” Fuel Processing Technology, 169, 2018, pp. 58-70.
12
P. Mikaniki, S. M. A. Najafi and H. Ghassemi, “Experimental study of a heavy fuel oil atomization by pressure-swirl injector in the application of entrained flow gasifier,” Chinese Journal of Chemical Engineering, 27, 2019, pp. 765-771.
13
E. Babinsky and P. E. Sojka, “Modeling drop size distributions,” Progress in energy and combustion science, 28, 2002, pp. 303-329.
14
J. N. Kapur, Maximum-entropy models in science and engineering, First Edition, New Jersey, John Wiley & Sons, 1989.
15
R. W. Sellens and T. A. Brzustowski, “A prediction of the drop size distribution in a spray from first principles,” Atomisation Spray Technology, 1, 1985, pp. 89-102.
16
X. Li and R.S. Tankin, “Droplet size distribution: A derivation of a Nukiyama-Tanasawa type distribution function,” Combustion Science and Technology, 56, 1987, pp. 65-76.
17
M. Ahmadi and R. W. Sellens, “A simplified maximum-entropy-based drop size distribution,” Atomization and Sprays, 3, 1993, pp. 291-310.
18
X. Li, L. P. Chin, R. S. Tankin, T. Jackson, J. Stutrud and G. Switzer, “Comparison between experiments and predictions based on maximum entropy for sprays from a pressure atomizer,” Combustion and Flame, 86, 1991, pp. 73-89.
19
L. P. Chin, P. C. Hsing, R. S. Tankin and T. Jackson “Comparisons between experiments and predictions based on maximum entropy for the breakup of a cylindrical liquid jet,” Atomization and Sprays, 5, 1995, pp. 603-620.
20
C. Dumouchel, “A New Formulation of the Maximum Entropy Formalism to Model Liquid Spray Drop‐Size Distribution,” Particle & Particle Systems Characterization, 23, 2006, pp. 468-479.
21
S. K. Mitra and X. Li, “A predictive model for droplet size distribution in sprays,” Atomization Sprays, 9, 1999, pp. 29-50.
22
E. Movahednejad, F. Ommi and S. M. Hosseinalipour, “Prediction of droplet size and velocity distribution in droplet formation region of liquid spray,” Entropy, 12, 2010, pp. 1484-1498.
23
K. Yan, Z. Ning, M. Lü and C. Sun, “Study on droplet size and velocity distributions of a pressure swirl atomizer based on the Maximum Entropy Formalism,” Entropy, 17, 2015, pp. 580-593.
24
E. Movahednejad, Predicting the size and velocity distribution of spray droplets by maximum entropy method using liquid jet primary breakup modeling, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, 2010. (In Persian)
25
26. X. Li, M. Li and H. Fu, “Modeling the initial droplet size distribution in sprays based on the maximization of entropy generation,” Atomization Sprays, 15, 2005, pp. 295-322.
26
Z. Han, S. E. Parrish, P. V. Farrell and R. D. Reitz, “Modeling atomization processes of pressure-swirl hollow-cone fuel sprays,” Atomization sprays, 7, 1997, pp. 663-684.
27
Q. F. Fu, L. J. Yang, Y. Y. Qu and B. Gu, “Linear stability analysis of a conical liquid sheet,” Journal of Propulsion and Power, 26, 2010, pp. 955-968.
28
T. Inamura, H. Tamura and H. Sakamoto, “Characteristics of liquid film and spray injected from swirl coaxial injector,” Journal of propulsion and Power, 19, 2003, pp. 632-639.
29
A. Radcliffe, “Fuel injection,” In: High speed aerodynamics, and jet propulsion, 1, 1960, pp. 11-84.
30
ORIGINAL_ARTICLE
تاثیر بازگردانی گازهای خروجی و نانوذرات دیاکسید تیتانیوم بر روی عملکرد و آلایندگی مخلوطهای اتانول/ بیودیزل/ دیزل در یک موتور اشتعال تراکمی
در مطالعه حاضر به بررسی آزمایشگاهی تاثیر همزمان امولسیونِ حاصل از اتانول-بیودیزل-دیزل بهمراه نانوذرات TiO2 بر روی مشخصههای آلایندگی و عملکرد یک موتور دیزلی پاشش مستقیم در EGRهای مختلف پرداخته شده است. نانوذرات TiO2 در سه سطح 0، 40 و 60 ppm به بیودیزل روغن پسماند آشپزخانه در سطحهای 0، 10 و 20 درصد حجمی و اتانول در سطحهای0، 4 و 6 درصد حجمی اضافه شد و از سیستم EGR در نرخهای 0، 20 و 30 درصد استفاده شد. در مجموع 31 ترکیب بیودیزل–دیزل، اتانول-دیزل و اتانول-بیودیزل-دیزل به همراه نانوذرات TiO2 و درصدهای مختلف EGR، در بار کامل و در سرعتهای 1000، 1400 و 1800 rpm مورد بررسی قرار گرفتند که به صورت اختصاری با BxEy+EGRw+TiO2z نامگذاری شدند. x، y، w و z بهترتیب نشاندهنده درصدحجمی بیودیزل، اتانول، EGR و TiO2 استفادهشده در ترکیب اند. نتایج نشان داد که استفاده از ترکیب B10E4+EGR20+TiO260 انتشار NOx ، CO و HC را نسبت به دیزل خالص بهترتیب 8/5، 3/20 و 40 درصد کاهش داد. همچنین توان خروجی در B10E0+TiO260، 2/11 درصد نسبت به دیزل خالص، بهبود یافت، در صورتیکه با استفاده از ترکیب امولسیونی B10E4+EGR30، مصرف سوخت موتور 7/26 درصد نسبت به دیزل خالص، افزایش یافت.
https://www.jfnc.ir/article_143372_8369492eaa427ab28fce0038abff24a0.pdf
2021-09-23
59
97
10.22034/jfnc.2022.299288.1288
نانوذرات
بازگردانی گازهای خروجی
سوخت زیستی
مطالعه تجربی
عباس
زارع نژاد اشکذری
a.zare@pgs.usb.ac.ir
1
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان و دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)، نوشهر، ایران
LEAD_AUTHOR
صادق
پورتقی یوسفده
sadegh71151@gmail.com
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)، نوشهر، ایران
AUTHOR
Han, L. Somers, R. Cracknell, A. Joedicke, R. Wardle, and V. R. R. Mohan, “Experimental investigation of ethanol/diesel dual-fuel combustion in a heavy-duty diesel engine,” Fuel, 275, 2020, 117867.
1
Wu, Yangyi, Xiyuan Zhang, Zhao Zhang, Xichang Wang, Zhenlong Geng, Chao Jin, Haifeng Liu, and Mingfa Yao, “Effects of diesel-ethanol-THF blend fuel on the performance and exhaust emissions on a heavy-duty diesel engine, ” Fuel, 271, 2020, 117633.
2
K. Yesilyurt, “The effects of the fuel injection pressure on the performance and emission characteristics of a diesel engine fuelled with waste cooking oil biodiesel-diesel blends,” Renew. Energy, 132, 2019, pp. 649-666.
3
Rajasekar, and S. Selvi, “Review of combustion characteristics of CI engines fueled with biodiesel,” Renew. Sustain. Energy Rev, 35, 2014, pp. 390-399.
4
K. Suh, and C. S. Lee, “A review on atomization and exhaust emissions of a biodiesel-fueled compression ignition engine,” Renew. Sustain. Energy Rev, 58, 2016, pp. 1601-1620.
5
K. Hoekman, A. Broch, C. Robbins, E. Ceniceros, and M. Natarajan, “Review of biodiesel composition, properties, and specifications,” Renew. Sustain. Energy Rev, 16, 2012, pp. 143-169.
6
F. A. J. Association, “Ethanol industry outlook,” 2010, pp. 1-32.
7
Çelebi and H. Aydın, “An overview on the light alcohol fuels in diesel engines,” Fuel, 236, 2019, pp. 890-911.
8
Kim, B. Choi, S. Park, and Y.-K. Kim, “Engine performance and emission characteristics of CRDI diesel engine equipped with WCC and DOC using ethanol blended diesel fuel,” in International Symposia on Alcohol Fuels, San Diego, 2005.
9
M. Yang, H. An, S. K. Chou, K. J. Chua, B. Mohan, V. Sivasankaralingam, V. Raman, A. Maghbouli, and J. Li, “Impact of emulsion fuel with nano-organic additives on the performance of diesel engine,” Appl. Energy, 112, 2013, pp. 1206-1212.
10
Nye and P. Southwell, “Conversion of rapeseed oil to esters for use as diesel fuel,” in Proc. 5th Canadian Bioenergy Res. and Develop. Seminar, 1984, pp. 487-490.
11
P. Dorado, E. Ballesteros, J. Arnal, J. Gomez, and F. J. Lopez, “Exhaust emissions from a Diesel engine fueled with transesterified waste olive oil,” Fuel, 82, 2003, pp. 1311-1315.
12
Uyumaz, “Combustion, performance and emission characteristics of a DI diesel engine fueled with mustard oil biodiesel fuel blends at different engine loads,” Indian J. Eng. Mater. Sci, 212, 2018, pp. 256-267.
13
Y. Kim, J. C. Ge, and N. J. Choi, “Effects of Ethanol–Diesel on the Combustion and Emissions from a Diesel Engine at a Low Idle Speed,” Fuel, 10, 2020, 4153.
14
Wu, X. Xie, Y. Wang, and T. Roskilly, “Effect of carbon coated aluminum nanoparticles as additive to biodiesel-diesel blends on performance and emission characteristics of diesel engine,” Fuel, 221, 2018, pp. 597-604.
15
Ahmed, A. N. Shah, A. Azam, G. M. Uddin, M .S. Ali, S. Hassan, H. Ahmed, and T. Aslam, “Environment-friendly novel fuel additives: Investigation of the effects of graphite nanoparticles on performance and regulated gaseous emissions of CI engine,” Heat Mass Transf, 211, 2020, 112748.
16
Aldhaidhawi, R. Chiriac, V. Bădescu, G. Descombes, and P. Podevin, “Investigation on the mixture formation, combustion characteristics and performance of a Diesel engine fueled with Diesel, Biodiesel B20 and hydrogen addition,” Fuel, 42, 2017, pp. 16793-16807.
17
Arul Mozhi Selvan, R. Anand, and M. Udayakumar, “Effect of Cerium Oxide Nanoparticles and Carbon Nanotubes as fuel-borne additives in Diesterol blends on the performance, combustion and emission characteristics of a variable compression ratio engine,” Fuel, 130, 2014, pp. 160-167.
18
-W. Wu, T.-T. Hsu, C.-M. Fan, P.-H. He, “Reduction of smoke, PM 2. 5, and NOx of a diesel engine integrated with methanol steam reformer recovering waste heat and cooled EGR,” Energy Convers Manag, 172, 2018, pp. 567-578.
19
Pan, Z. Zheng, R. Huang, X. Zhou, H. Huang, J. Pan, and Z. Chen, “Reduction in PM and NOx of a diesel engine integrated with n-octanol fuel addition and exhaust gas recirculation,” Appl. Energy, 187, 2019, 115946.
20
Karthikeyan, A. Elango, and A. Prathima, “Diesel engine performance and emission analysis using canola oil methyl ester with the nano sized zinc oxide particles,” Indian J. Eng. Mater. Sci, 21, 2014, pp. 83-87.
21
Saravanan, “Effect of exhaust gas recirculation (EGR) on performance and emissions of a constant speed DI diesel engine fueled with pentanol/diesel blends,” Fuel, 160, 2015, pp. 217-226.
22
Yilmaz and A. Atmanli, “Experimental assessment of a diesel engine fueled with diesel-biodiesel-1-pentanol blends,” Fuel, 191, 2017, pp.190-197.
23
Devarajan, D. B. Munuswamy, A. Mahalingam, and M. Transfer, “Investigation on behavior of diesel engine performance, emission, and combustion characteristics using nano-additive in neat biodiesel,” Heat Mass Transf, 55, 2019, pp. 1641-1650.
24
F. Al-Dawody, A. A. Jazie, and H. Abbas, “Experimental and simulation study for the effect of waste cooking oil methyl ester blended with diesel fuel on the performance and emissions of diesel engine,” Alexandria Eng J, 58, 2019, pp. 9-17.
25
Uyumaz, “Experimental evaluation of linseed oil biodiesel/diesel fuel blends on combustion, performance and emission characteristics in a DI diesel engine,” Fuel, 267, 2020, 117150.
26
Lapuerta, O. Armas, and R. Garcia-Contreras, “Stability of diesel–bioethanol blends for use in diesel engines,” Fuel, 86, 2007, pp. 1351-1357.
27
C. Hansen, Q. Zhang, and P. W. J. B. t. Lyne, “Ethanol–diesel fuel blends––a review,” Bioresource Technol, 96, 2005, pp. 277-285.
28
Arcoumanis, C. Bae, R. Crookes, and E. Kinoshita, “The potential of di-methyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines: A review,” Fuel, 87, 2008, pp. 1014-1030.
29
S. Baert, D. Beckman, and A. Veen, “Efficient EGR technology for future HD diesel engine emission targets,” SAE Transactions, 108, 1999, pp. 381-393.
30
s. H. LOVOL Engines, The 1000 Series Engines Used For Genset, Part No. T76812896, 4 and 6 Cylinder Diesel Engines for Genset: 1004G, 1004TG, 1006TG1A, 1006TG2A, 1006TAG.
31
A. H. Altaie et al., “Performance and exhaust emission characteristics of direct-injection diesel engine fueled with enriched biodiesel,” Energy Convers Manag, 106, 2015, pp. 365-372.
32
R. Fattah, M. Kalam, H. Masjuki, and M. Wakil, “Biodiesel production, characterization, engine performance, and emission characteristics of Malaysian Alexandrian laurel oil,” RSC advances, 4, 2014, pp. 17787-17796.
33
Kaplan, R. Arslan, and A. Sürmen, “Performance characteristics of sunflower methyl esters as biodiesel,” Energy Sources, 28, 2006, pp. 751-755.
34
Rakopoulos, C. Rakopoulos, E. Kakaras, and E. Giakoumis, “Effects of ethanol–diesel fuel blends on the performance and exhaust emissions of heavy duty DI diesel engine,” Energy Convers Manag, 49, 2008, pp. 3155-3162.
35
Huang, Y. Wang, S. Li, A. P. Roskilly, H. Yu, and H. Li, “Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol–diesel blends,” Appl Therm Eng, 29, 2009, pp. 2484-2490.
36
Pirouzpanah and R. K. Sarai, “Reduction of emissions in an automotive direct injection diesel engine dual-fuelled with natural gas by using variable exhaust gas recirculation,” Proc Inst Mech Eng, 217, 2003, pp. 719-725.
37
Kökkülünk, A. Parlak, V. Ayhan, I. Cesur, G. Gonca, and B. Boru, “Theoretical and experimental investigation of steam injected diesel engine with EGR,” Energy, 74, 2014, pp. 331-339.
38
Saxena, N. Kumar, and V. K. Saxena, “A comprehensive review on combustion and stability aspects of metal nanoparticles and its additive effect on diesel and biodiesel fuelled CI engine,” Renew Sustain Energy Rev, 70, 2017, pp. 563-588.
39
Örs, S. Sarıkoç, A. Atabani, S. Ünalan, and S. Akansu, “The effects on performance, combustion and emission characteristics of DICI engine fuelled with TiO2 nanoparticles addition in diesel/biodiesel/n-butanol blends,” Fuel, 234, 2018, pp.177-188.
40
Xue, T. E. Grift, and A. Hansen, “Effect of biodiesel on engine performances and emissions,” Renew Sustain Energy Rev, 15, 2011, pp.1098-1116.
41
Ilkilic, and R. Behçet, “The reduction of exhaust emissions from a diesel engine by using biodiesel blend,” Energy Scource Part A, 32, 2010, pp. 839-850.
42
Godiganur, C. S. Murthy, and R. Reddy, “6BTA 5.9 G2-1 Cummins engine performance and emission tests using methyl ester mahua (Madhuca indica) oil/diesel blends,” Renew Energy, 34, 2009, pp. 2172-2177.
43
N. Nabi, A. Zare, F. M. Hossain, Z. D. Ristovski, and R. Brown, “Reductions in diesel emissions including PM and PN emissions with diesel-biodiesel blends,” J Clean Product, 166, 2017, pp. 860-868.
44
Cetinkaya, Y. Ulusoy, Y. Tekìn, F. Karaosmanoğlu, “Engine and winter road test performances of used cooking oil originated biodiesel,” Energy Convers Manag, 46, 2005, pp. 1279-1291.
45
Wei, C. Cheung, and Z. Ning, “Effects of biodiesel-ethanol and biodiesel-butanol blends on the combustion, performance and emissions of a diesel engine,” Energy, 155, 2018, pp. 957-970.
46
Ahmed, M. H. Hassan, M. A. Kalam, S. A. Rahman, M. J. Abedin, and A. Shahir, “An experimental investigation of biodiesel production, characterization, engine performance, emission and noise of Brassica juncea methyl ester and its blends,” J Clean Product, 79, 2014, pp. 74-81.
47
Praveen, G. L. N. Rao, and B. J. Balakrishna, “Performance and emission characteristics of a diesel engine using Calophyllum inophyllum biodiesel blends with TiO2 nanoadditives and EGR,” Egypt J Pet., 27, 2018, pp. 731-738.
48
D'Silva, K. Binu, and T. Bhat, “Performance and Emission characteristics of a CI Engine fuelled with diesel and TiO2 nanoparticles as fuel additive,” Mater Today: Proc, 2, 2015, pp. 3728-3735.
49
Fangsuwannarak and K. J. A. j. o. a. s. Triratanasirichai, “Effect of metalloid compound and bio-solution additives on biodiesel engine performance and exhaust emissions,” Am J Appl Sci, 10, 2013, pp. 1201-1213.
50
Tutak, A. Jamrozik, M. Pyrc, and M. Sobiepański, “A comparative study of co-combustion process of diesel-ethanol and biodiesel-ethanol blends in the direct injection diesel engine,” Appl Therm Eng, 117, 2017, pp. 155-163.
51
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه عددی تاثیر شرایط حرارتی دیواره و ساختار اکسنده بر ساختار شعله و رژیم احتراقی در کوره احتراق غیرپیشآمیخته
هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر شرایط حرارتی دیواره و ترکیب اکسنده روی ساختار شعله و محدوده تشکیل رژیمهای احتراقی معمولی، دما بالا و بدون شعله است. بدین منظور کوره احتراق غیرپیشآمیخته دانشگاه لیسبون با استفاده از نرم افزار متنباز اپنفوم و همچنین محاسبات شیمیایی به کمک حلگر شعله نفوذی جریان متقابل بررسی شدهاند. در مطالعه عددی از مدلهای آشفتگی k-ε استاندارد، احتراقی مفهوم اتلاف گردابه اصلاح شده و تشعشعی DO همراه با ضرایب جذب و گسیل جسم خاکستری در شش طول باند مختلف استفاده شده است. مطابق با نتایج، تغییر ترکیب اکسنده و شرایط حرارتی دیواره، مسیرهای واکنشی را تغییر میدهد. جایگزینی CO2 با N2 درون اکسنده و تلفات حرارتی سبب میشود تا بیشینه رادیکال هیدروکسیل کاهش یافته و با افزایش فاصله محوری آغاز واکنشهای شیمیایی، تاخیر در اشتعال افزایش یابد. عامل اصلی تغییر ساختار شعله با جایگزینی CO2 با N2 در رژیمهای معمولی و بدون شعله همراه با اتلاف حرارتی بهترتیب اثرات فیزیکی از طریق واکنشهای O+HO2⇌OH+O2، O+CH4⇌OH+CH3 و 2OH⇌O+H2O و اثرات شیمیایی به وسیله واکنشهای H+O2⇌O+OH و H+OH+M⇌H2O+M اند. در رژیم احتراق دما بالا سهم اثرات فیزیکی و شیمیایی روی ساختار شعله تقریبا برابر بوده و واکنشهای O+H+M⇌OH+M، OH+CO⇌H+CO2 و OH+HO2⇌O2+H2O عامل کاهش هیدروکسیل اند.
https://www.jfnc.ir/article_143951_f431a9409b1797ebc1ceca44e909bb7b.pdf
2021-09-23
98
122
10.22034/jfnc.2022.298945.1287
احتراق غیرپیشآمیخته
رژیم احتراقی
ترکیب اکسنده
شرایط حرارتی دیواره
ساختار شعله
محمدامین
عطارزاده
mohamadamin.atarzadeh@gmail.com
1
دانشجوی دکتر مهندسی مکانیک دانشگاه کاشان
AUTHOR
سید عبدالمهدی
هاشمی
hashemi@kashanu.ac.ir
2
عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک/ دانشگاه کاشان
LEAD_AUTHOR
اسماعیل
ابراهیمی فردویی
e.ebrahimifordoei@modares.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس
AUTHOR
R.-H. Chen, “NOx and NO2 Emission of Swirl-Stabilized Nonpremixed Flames of a H2—CH4 Mixture,” Combustion science and technology, 120, 1996, pp. 321-333.
1
R. Kurose, H. Makino, A. Suzuki, “Numerical analysis of pulverized coal combustion characteristics using advanced low-NOx burner,” Fuel, 83, 2004, pp. 693-703.
2
E. Ebrahimi Fordoei, K. Mazaheri, “Effects of preheating temperature and dilution level of oxidizer, fuel composition and strain rate on NO emission characteristics in the syngas moderate or intense low oxygen dilution (MILD) combustion,” Fuel, 285, 2021, pp. 119118.
3
M. B. Toftegaard, J. Brix, P. A. Jensen, P. Glarborg, A. D. Jensen, “Oxy-fuel combustion of solid fuels,” Progress in energy and combustion science, 36, 2010, pp. 581-625.
4
J. Wünning, J. Wünning, “Flameless oxidation to reduce thermal NO-formation,” Progress in energy and combustion science, 23, 1997, pp. 81-94.
5
A. Cavaliere, M. De Joannon, “Mild combustion,” Progress in Energy and Combustion science, 30, 2004, pp. 329-366.
6
M. De Joannon, A. Matarazzo, P. Sabia, A. Cavaliere, “Mild combustion in homogeneous charge diffusion ignition (HCDI) regime,” Proceedings of the Combustion Institute, 31, 2007, pp. 3409-3416.
7
M. De Joannon, P. Sabia, G. Sorrentino, A. Cavaliere, “Numerical study of mild combustion in hot diluted diffusion ignition (HDDI) regime,” Proceedings of the Combustion Institute, 32, 2009, pp. 3147-3154.
8
M. De Joannon, G. Sorrentino, A. Cavaliere, “MILD combustion in diffusion-controlled regimes of hot diluted fuel,” Combustion and Flame, 159, 2012, pp. 1832-1839.
9
C. Luan, S. Xu, B. Shi, Y. Tu, H. Liu, P. Li, Z. Liu, “Re-Recognition of the MILD Combustion Regime by Initial Conditions of T in and X O2 for Methane in a Nonadiabatic Well-Stirred Reactor,” Energy & Fuels, 34, 2020, pp. 2391-2404.
10
F. Tabet, B. Sarh, I. Gökalp, “Hydrogen–hydrocarbon turbulent non-premixed flame structure,” International journal of hydrogen energy, 34, 2009, pp. 5040-5047.
11
N. a. K. Doan, N. Swaminathan, “Autoignition and flame propagation in non-premixed MILD combustion,” Combustion and Flame, 201, 2019, pp. 234-243.
12
T. Jaravel, E. Riber, B. Cuenot, P. Pepiot, “Prediction of flame structure and pollutant formation of Sandia flame D using Large Eddy Simulation with direct integration of chemical kinetics,” Combustion and Flame, 188, 2018, pp. 180-198.
13
D. Butz, S. Hartl, S. Popp, S. Walther, R. S. Barlow, C. Hasse, A. Dreizler, D. Geyer, “Local flame structure analysis in turbulent CH4/air flames with multi-regime characteristics,” Combustion and Flame, 210, 2019, pp. 426-438.
14
A. E. Lutz, R. J. Kee, J. F. Grcar, F. M. Rupley, “OPPDIF: A Fortran program for computing opposed-flow diffusion flames,” Sandia National Labs., Livermore, CA (United States), 1997.
15
Y. Tu, M. Xu, D. Zhou, Q. Wang, W. Yang, H. Liu, “CFD and kinetic modelling study of methane MILD combustion in O2/N2, O2/CO2 and O2/H2O atmospheres,” Applied energy, 240, 2019, pp. 1003-1013.
16
S. Chen, J. Mi, H. Liu, C. Zheng, “First and second thermodynamic-law analyses of hydrogen-air counter-flow diffusion combustion in various combustion modes,” International journal of hydrogen energy, 37, 2012, pp. 5234-5245.
17
G. B. Ariemma, P. Bozza, M. De Joannon, P. Sabia, G. Sorrentino, R. Ragucci, “Alcohols as Energy Carriers in MILD Combustion,” Energy & Fuels, 35, 2021, pp. 7253-7264.
18
A. Rebola, M. Costa, P. J. Coelho, “Experimental evaluation of the performance of a flameless combustor,” Applied thermal engineering, 50, 2013, pp. 805-815.
19
A. Rebola, P. Coelho, M. Costa, “Assessment of the performance of several turbulence and combustion models in the numerical simulation of a flameless combustor,” Combustion Science and Technology, 185, 2013, pp. 600-626.
20
E. Ebrahimi Fordoei, K. Mazaheri, A. Mohammadpour, “Numerical study on the heat transfer characteristics, flame structure, and pollutants emission in the MILD methane-air, oxygen-enriched and oxy-methane combustion,” Energy, 218, 2021, pp. 119524.
21
G. P. Smith, D. M. Golden, M. Frenklach, N. W. Moriarty, B. Eiteneer, M. Goldenberg, C. T. Bowman, R. K. Hanson, S. Song, W. C. Gardiner Jr, “GRI 3.0 Mechanism,” Gas Research Institute (http://www.me.berkeley.edu/gri_mech), 1999,
22
M. H. Moghadasi, R. Riazi, S. Tabejamaat, A. Mardani, “Effects of preheating and CO2 dilution on oxy-MILD combustion of natural gas,” Journal of Energy Resources Technology, 141, 2019, pp. 1-12,
23
E. Ebrahimi Fordoei, K. Mazaheri, “Numerical study of the effect of carbon dioxide injection on flame structure in flameless combustion regime,” Fuel and Combustion, 13, 2020, pp. 1-26.
24
K.-P. Cheong, P. Li, F. Wang, J. Mi, “Emissions of NO and CO from counterflow combustion of CH4 under MILD and oxyfuel conditions,” Energy, 124, 2017, pp. 652-664.
25
Y. He, C. Zou, Y. Song, Y. Liu, C. Zheng, “Numerical study of characteristics on NO formation in methane MILD combustion with simultaneously hot and diluted oxidant and fuel (HDO/HDF),” Energy, 112, 2016, pp. 1024-1035.
26
P. Sabia, M. De Joannon, A. Picarelli, A. Chinnici, R. Ragucci, “Modeling Negative Temperature Coefficient region in methane oxidation,” Fuel, 91, 2012, pp. 238-245.
27
P. Sabia, G. Sorrentino, A. Chinnici, A. Cavaliere, R. Ragucci, “Dynamic behaviors in methane MILD and oxy-fuel combustion. Chemical effect of CO2 ,” Energy & Fuels, 29, 2015, pp. 1978-1986.
28
E. Abtahizadeh, A. Sepman, F. Hernández-Pérez, J. Van Oijen, A. Mokhov, P. De Goey, H. Levinsky, “Numerical and experimental investigations on the influence of preheating and dilution on transition of laminar coflow diffusion flames to Mild combustion regime,” Combustion and flame, 160, 2013, pp. 2359-2374.
29
N. Kim, Y. Kim, M. N. M. Jaafar, M. R. Rahim, M. Said, “Effects of hydrogen addition on structure and NO formation of highly CO-Rich syngas counterflow nonpremixed flames under MILD combustion regime,” International Journal of Hydrogen Energy, 46, 2021, pp. 10518-10534.
30
J. Park, S. G. Kim, K. M. Lee, T. K. Kim, “Chemical effect of diluents on flame structure and NO emission characteristic in methane‐air counterflow diffusion flame,” International Journal of Energy Research, 26, 2002, pp. 1141-1160.
31
K.-P. Cheong, G. Wang, J. Si, J. Mi, “Nonpremixed MILD combustion in a laboratory-scale cylindrical furnace: Occurrence and identification,” Energy, 216, 2021, pp. 119295.
32
Z. Cheng, J. A. Wehrmeyer, R. W. Pitz, “Experimental and numerical studies of opposed jet oxygen-enhanced methane diffusion flames,” Combustion science and technology, 178, 2006, pp. 2145-2163.
33
K. Safer, F. Tabet, A. Ouadha, M. Safer, I. Gökalp, “Combustion characteristics of hydrogen-rich alternative fuels in counter-flow diffusion flame configuration,” Energy conversion and management, 74, 2013, pp. 269-278.
34
K. Safer, F. Tabet, A. Ouadha, M. Safer, I. Gökalp, “Simulation of a syngas counter-flow diffusion flame structure and NO emissions in the pressure range 1–10 atm,” Fuel processing technology, 123, 2014, pp. 149-158.
35
Y. Tu, K. Su, H. Liu, S. Chen, Z. Liu, C. Zheng, “Physical and chemical effects of CO2 addition on CH4/H2 flames on a Jet in Hot Coflow (JHC) burner,” Energy & Fuels, 30, 2016, pp. 1390-1399.
36
Y. Tu, H. Liu, W. Yang, “Flame characteristics of CH4/H2 on a jet-in-hot-coflow burner diluted by N2, CO2, and H2O,” Energy & Fuels, 31, 2017, pp. 3270-3280.
37
ORIGINAL_ARTICLE
استفاده از مدل احتراقی تولیدفلیملتمنیفولد در شبیهسازی گردابههای بزرگ آتش استخری و مقایسه با نتایج مدل احتراقی دیگر
از میان مطالعات تجربی و عددی که در زمینهی آتش انجامشده است، آتش استخری بیش از سایر سناریوهای آتش، مورد استقبال قرارگرفته است. در این مقاله، بهمنظور بررسی تأثیر مدل های احتراقی مختلف بر نتایج شبیه سازی آتش، آتش استخری مطالعه میشود. به این منظور مدل احتراقی تولید فلیملت منیفولد به کار گرفته شده و نتایج آن با سه مدل احتراقی سینتیک بسیار سریع، اضمحلال گردابه و مفهوم اضمحلال گردابه مقایسه می شود. با مقایسه ی نتایج متوسط سرعت و نوسانات آن، مشاهده میشود که دقت مدل احتراقی تولید فلیملت منیفولد، بدون در نظر گرفتن اثر تشعشع، در پیشبینی پدیده ی پوفینگ و فرکانس آن، متوسط مجذور نوسانات سرعت عمودی و انرژی جنبشی اغتشاشی بهتر از سایر مدلهای احتراقی است. بهعنوانمثال، نتایج مدل احتراقی تولید فلیملت منیفولد در پیشبینی فرکانس پوفینگ کمتر از ۳ درصد، خطای نسبی با نتایج تجربی دارد؛ اما سایر مدل های احتراقی بیشتر از ۱۰ درصد خطا دارند. در پیشبینی میدان سرعت، مدل احتراقی اضمحلال گردابه، دقت بالاتری نسبت به مدل تولید فلیملت منیفولد دارد.
https://www.jfnc.ir/article_144718_690446b700d57a2af716666be5bb3eb3.pdf
2021-09-23
123
141
10.22034/jfnc.2022.283286.1276
مدل احتراقی
شبیه سازی گردابه های بزرگ
تولید فلیملت منیفولد
اضمحلال گردابه
سینتیک سریع
محمد
صفرزاده
m.safarzadeh@modares.ac.ir
1
دانشگاه تربیت مدرس
AUTHOR
قاسم
حیدری نژاد
gheidari@modares.ac.ir
2
دانشگاه تربیت مدرس
AUTHOR
هادی
پاسدار شهری
pasdar@modares.ac.ir
3
دانشگاه تربیت مدرس
LEAD_AUTHOR
M. Safarzadeh, G. Heidarinejad, and H. Pasdarshahri, “Evaluation of LES sub-grid scale models and time discretization schemes
1
for prediction of convection effect in a buoyant pool fire,” Heat and Mass Transfer, 57, 2020, pp. 1-16.
2
N. T. Wimer, M. S. Day, C. Lapointe, A. S. Makowiecki, J. F. Glusman, J. W. Daily, et al, “High-Resolution Numerical Simulations
3
of a Large-Scale Helium Plume Using Adaptive Mesh Refinement,” arXiv preprint arXiv:1901.10554, 2019
4
O. Ahmadi, S. B. Mortazavi, H. Pasdarshahri, H. A. Mahabadi, and K. Sarvestani, “Modeling of boilover phenomenon consequences: Computational fluid dynamics (CFD) and empirical correlations,” Process Safety and Environmental Protection, 129, 2019, pp. 25-39.
5
O. Ahmadi, S. B. Mortazavi, H. Pasdarshahri, and H. A. Mohabadi, “Consequence analysis of large-scale pool fire in oil storage terminal based on computational fluid dynamic (CFD),” Process Safety and Environmental Protection, 123, 2019, pp. 379-389.
6
W. Chow and R. Yin, “A new model on simulating smoke transport with computational fluid dynamics,” Building and Environment, 39, 2004, pp. 611-620.
7
K. McGrattan, R. Rehm, and H. Baum, “Fire-driven flows in enclosures,” Journal of Computational Physics, 110, 1994, pp. 285-291.
8
H. Xue, J. Ho, and Y. Cheng, “Comparison of different combustion models in enclosure fire simulation,” Fire Safety Journal, 36, 2001, pp. 37-54.
9
Y.-L. Huang, H.-R. Shiu, S.-H. Chang, W.-F. Wu, and S.-L. Chen, “Comparison of combustion models in cleanroom fire,” Journal of Mechanics, 24, 2008, pp. 267-275.
10
G. Heidarinejad, H. PasdarShahri, and m. safarzadeh, “The Importance of Using the Combustion and Sub-grid Model in Modelling of Large Pool Fire Flow Field,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 52, 2019, pp. 2425-2442. (in Persian)
11
G. Yeoh, R. Yuen, S. Chueng, and W. Kwok, “On modelling combustion, radiation and soot processes in compartment fires,” Building and Environment, 38, 2003, pp. 771-785.
12
S. Cheung, G. H. Yeoh, A. Cheung, R. Yuen, and S. M. Lo, “Flickering behavior of turbulent buoyant fires using large-eddy simulation,” Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 52, 2007, pp. 679-712.
13
A. Yuen, T. Chen, C. Wang, W. Wei, I. Kabir, J. Vargas, et al., “Utilising genetic algorithm to optimise pyrolysis kinetics for fire modelling and characterisation of chitosan/graphene oxide polyurethane composites,” Composites Part B: Engineering, vol. 182, 2020, p. 107619.
14
A. Yuen, G. Yeoh, V. Timchenko, S. Cheung, and T. Barber, “Importance of detailed chemical kinetics on combustion and soot modelling of ventilated and under-ventilated fires in compartment,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 96, 2016, pp. 171-188.
15
V. M. Le, A. Marchand, S. Verma, R. Xu, J. White, A. Marshall, et al., “Simulations of a turbulent line fire with a steady flamelet combustion model coupled with models for non-local and local gas radiation effects,” Fire Safety Journal, 106, 2019, pp. 105-113.
16
C. Han and H. Wang, “A comparison of different approaches to integrate flamelet tables with presumed-shape PDF in flamelet models for turbulent flames,” Combustion Theory and Modelling, 21, 2017, pp. 603-629.
17
A. C. Y. Yuen, G. H. Yeoh, V. Timchenko, S. C. P. Cheung, and T. J. Barber, “Importance of detailed chemical kinetics on combustion and soot modelling of ventilated and under-ventilated fires in compartment,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 96, 2016, pp. 171-188.
18
H. Pasdarshahri, G. Heidarinejad, and K. Mazaheri, “Large eddy simulation on one-meter methane pool fire using one-equation sub-grid scale model,” 7th Mediterranean Combustion Symposium, Sardinia, Italy, 2011.
19
B. F. Magnussen and B. H. Hjertager, “On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion,” international Symposium on Combustion,16, 1977, pp. 719-729.
20
D. Spalding, “Mixing and chemical reaction in steady confined turbulent flames,” International Symposium on combustion, 1971, 13, pp. 649-657.
21
G. Maragkos, T. Beji, and B. Merci, “Advances in modelling in CFD simulations of turbulent gaseous pool fires,” Combustion and Flame, 181, 2017, pp. 22-38.
22
J. v. Oijen and L. D. Goey, “Modelling of premixed laminar flames using flamelet-generated manifolds,” Combustion Science and Technology, 161, 2000, pp. 113-137.
23
N. Peters, “Laminar flamelet concepts in turbulent combustion,” International Symposium on Combustion, 21, 1988, pp. 1231-1250.
24
S. Pohl, G. Frank, M. Pfitzner, J. Matheis, and S. Hickel, “Flamelet generated manifolds for modeling turbulent non-premixed combustion in OpenFOAM,” SFB/TRR40 Annual Report, 2014, pp.209-216,.
25
M. Safarzadeh, G. Heidarinejad, and H. Pasdarshahri, “Numerical Investigation of Compartment Fire under Maximum and Minimum of Natural Ventilation using FGM Combustion Model,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53, 2021, pp. 1-15. (in Persian)
26
H. Atoof and M. D. Emami, “Numerical simulation of laminar premixed CH4/air flame by flamelet-generated manifolds: A sensitivity analysis on the effects of progress variables,” Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 60, 2016, pp. 287-293.
27
S. Zadsirjan, S. Tabejamaat, E. Abtahizadeh, and J. van Oijen, “Large eddy simulation of turbulent diffusion jet flames based on novel modifications of flamelet generated manifolds,” Combustion and Flame, 216, 2020, pp. 398-411.
28
S. C. P. Cheung and G. H. Yeoh, “A fully-coupled simulation of vortical structures in a large-scale buoyant pool fire,” International Journal of Thermal Sciences, 48, 2009, pp. 2187-2202.
29
M. Safarzadeh, G. Heidarinejad, and H. Pasdarshahri, “Evaluation of the efficiency of eddy dissipation combustion model based on large eddy simulation in large scale pool fire modeling,” 27th Annual International Conference of the Iranian Society of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran 2019. (in Persian)
30
S. Tieszen, T. O’hern, R. Schefer, E. Weckman, and T. Blanchat, “Experimental study of the flow field in and around a one meter diameter methane fire,” Combustion and Flame, 129, 2002, pp. 378-391.
31
G. Yeoh, S. Cheung, J. Tu, and T. Barber, “Comparative Large Eddy Simulation study of a large-scale buoyant fire,” Heat and mass transfer, 47, 2011, pp. 1197-1208.
32
G. Maragkos and B. Merci, “Large Eddy simulations of CH4 fire plumes,” Flow, Turbulence and Combustion, 99, 2017, pp. 239-278.
33
J. White, S. Vilfayeau, A. Marshall, A. Trouve, and R. J. McDermott, “Modeling flame extinction and reignition in large eddy simulations with fast chemistry,” Fire safety journal, 90, 2017, pp. 72-85.
34
S. De, A. K. Agarwal, S. Chaudhuri, and S. Sen, Modeling and simulation of turbulent combustion, Singapore, Springer, 2018.
35
R. O. Fox and A. Varma, Computational models for turbulent reacting flows: United States, Cambridge Univ. Press, 2003.
36
S. C. Cheung and G. Yeoh, “A fully-coupled simulation of vortical structures in a large-scale buoyant pool fire,” International Journal of Thermal Sciences, 48, 2009, pp. 2187-2202.
37
P. E. DesJardin, T. M. Smith, and C. J. Roy, “Numerical simulations of a methanol pool fire,” Proc. 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, USA, 2001.
38
R. Demarco, Modelling thermal radiation and soot formation in buoyant diffision flames, PhD Thesis, Aix-Marseille University, France, 2012.
39
G. Heskestad, “Engineering relations for fire plumes,” Fire Safety Journal, 7, 1984, pp. 25-32.
40
E. E. Zukoski, T. Kubota, and B. Cetegen, “Entrainment in fire plumes,” Fire Safety Journal, 3, 1981, pp. 107-121.
41
B. K. Dhurandher, R. Kumar, A. K. Dhiman, A. Gupta, and P. K. Sharma, “An experimental study of vertical centreline temperature and velocity profile of buoyant plume in cubical compartment,” Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 39, 2017, pp. 1813-1822.
42
ORIGINAL_ARTICLE
سنتز و تعیین مشخصات جاذب های CuO، ZnO و CeO2 بر پایه سیلیکای مستخرج از خاکستر سبوس برنج و ارزیابی عملکرد آن در گوگردزدایی از سوخت مدل
در این پژوهش در ابتدا سیلیکای آمورف خالص از خاکستر سبوس برنج به طریق استخراج اسیدی سپس کلسیناسیون و استخراج قلیایی و درنهایت تیتراسیون توسط اسید استخراج شد. در ادامه، سنتز جاذبها از طریق بارگذاری مس، روی و سریم به میزان 13% وزنی فلز به روش تلقیح بر روی پایه سیلیکا انجام شد. در نهایت، عملکرد جاذبهای سنتز شده در فرایند گوگردزدایی جذبی جهت حذف ماده 4و6-دیمتیلدیبنزوتیوفن از سوخت مدل بررسی شد. برای بررسی خواص فیزیکی- شیمیایی جاذبهای سنتز شده از آنالیزهای BET و FESEM که مجهز به EDX است، استفادهشده است. ایزوترم جذب و واجذب نیتروژن برای نمونهها نشان داد که حفرهها در محدوده مزو(nm50-2) قرار دارند. بیشترین میزان ظرفیت جذب در غلظت ppm 500 برای جاذب بارگذاری شده توسط مس برابر mg/g 23/7 حاصل شد. همچنین با بررسی ایزوترمهای تعادلی لانگمویر، فرندلیچ و دوبینین- رادوشکویچ، ایزوترم لانگمویر بیشترین تطابق را با دادههای تجربی داشت. طبق ایزوترم دوبینین- رادوشکویچ ثابت شد، مکانیزم غالب در جذب سطحی در این پژوهش، فیزیکی است. جهت بررسی سینتیک جذب معادلات شبه درجه اول و شبه درجه دوم نیز بررسی شدند. سینتیک شبه درجه دوم با R2 برابر 0/99 با دادههای تجربی برازش شد.
https://www.jfnc.ir/article_144725_257619b7c39843afdbcd7129488e4533.pdf
2021-09-23
142
161
10.22034/jfnc.2022.299068.1286
گوگردزدایی جذبی
خاکستر سبوس برنج
سیلیکا
امیر
رستم پور
a_rostampoor@modares.ac.ir
1
گروه فرایند-دانشگاه تربیت مدرس دانشکده مهندسی شیمی
AUTHOR
رضا
خوش بین
r.khoshbin@bzte.ac.ir
2
دانشگاه بین المللی امام خمینی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بویین زهرا
AUTHOR
رامین
کریم زاده
ramin_karimzadeh@yahoo.com
3
دانشگاه تربیت مدرس دانشکده شیمی
LEAD_AUTHOR
M. Muzic, K. Sertic-Bionda, Z. Gomzi, S. Podolski, and S. Telen, “Study of diesel fuel desulfurization by adsorption,” Chemical engineering research and design, 88, No. 4, 2010, pp. 487-495.
1
A. Stanislaus, A. Marafi, and M. S. Rana, “Recent advances in the science and technology of ultra low sulfur diesel (ULSD) production,” Catalysis today, 153, No. 1-2, 2010, pp. 1-68.
2
M. Seredych and T. J. Bandosz, “Template-derived mesoporous carbons with highly dispersed transition metals as media for the reactive adsorption of dibenzothiophene,” Langmuir, 23, No. 11, 2007, pp. 6033-6041.
3
C. Song, “An overview of new approaches to deep desulfurization for ultra-clean gasoline, diesel fuel and jet fuel,” Catalysis today, 86, No. 1-4, 2003, pp. 211-263.
4
K. G. Knudsen, B. H. Cooper, and H. Topsøe, “Catalyst and process technologies for ultra low sulfur diesel,” Applied Catalysis A: General, 189, No. 2, 1999, pp. 205-215.
5
F. Tian, Q. Shen, Z. Fu, Y. Wu, and C. Jia, “Enhanced adsorption desulfurization performance over hierarchically structured zeolite Y,” Fuel processing technology,128,2014, pp. 176-182.
6
M. Xue et al., “Preparation of cerium-loaded Y-zeolites for removal of organic sulfur compounds from hydrodesulfurizated gasoline and diesel oil,” Journal of colloid and interface science, 298, No. 2,2006, pp. 535-542.
7
8. R. Kishore, V. Bhikshma, and P. J. Prakash, “Study on strength characteristics of high strength rice husk ash concrete,” Procedia Engineering, 14, 2011, pp. 2666-2672.
8
9. A. Olutoge and P. A. Adesina, “Effects of rice husk ash prepared from charcoal-powered incinerator on the strength and durability properties of concrete,” Construction and Building Materials, 196, 2019, pp. 386-394.
9
10. M. Hamad and I. Khattab, “Effect of the combustion process on the structure of rice hull silica,” Thermochimica Acta, 48, No. 3, 1981, pp. 343-349.
10
11. A. Bhardwaj, S. Hossain, and M. R. Majhi, “Preparation and characterization of clay bonded high strength silica refractory by utilizing agriculture waste,” Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 56, No. 6, 2017, pp. 256-262.
11
12. S. Song, H.-B. Cho, and H. T. Kim, “Surfactant-free synthesis of high surface area silica nanoparticles derived from rice husks by employing the Taguchi approach,” Journal of industrial and engineering chemistry, 61, 2018, pp. 281-287.
12
13. R. M. Cavalcanti, W. A. P. Júnior, V. S. Braga, and I. de CL Barros, “Adsorption of sulfur compound utilizing rice husk ash modified with niobium,” Applied Surface Science, 355, 2015, pp. 171-182,.
13
14. G. X. Yu et al., “Adsorptive removal of dibenzothiophene in diesel fuel on an adsorbent from rice hull activated by phosphoric acid,” in Advanced Materials Research, 132: Trans Tech Publ, 2010, pp. 133-140.
14
15. L. Wang et al., “Study on the removal of thiophene sulfides by porous core-shell SiO2@ Cu/Ni,” Journal of Alloys and Compounds, 855, 2021, 157516, 2021.
15
16. B. Subramanyam and D. Ashutosh, “Adsorption isotherm modeling of phenol onto natural soils–applicability of various isotherm models,” international Journal of environmental Research, 6, No. 1, 2012, pp. 265-276.
16
17. H. Zheng, D. Liu, Y. Zheng, S. Liang, and Z. Liu, “Sorption isotherm and kinetic modeling of aniline on Cr-bentonite,” Journal of hazardous materials, 167,No. 1-3, 2009, pp. 141-147.
17
18. K. Y. Foo and B. H. Hameed, “Insights into the modeling of adsorption isotherm systems,” Chemical engineering journal, 156, No. 1, 2010, pp. 2-10.
18
19. A. Özcan, E. M. Öncü, and A. S. Özcan, “Kinetics, isotherm and thermodynamic studies of adsorption of Acid Blue 193 from aqueous solutions onto natural sepiolite,” Colloids and surfaces A: Physicochemical and engineering aspects, 277, No. 1-3, 2006, pp. 90-97.
19
20. S. Azizian, “Kinetic models of sorption: a theoretical analysis,” Journal of colloid and Interface Science,276, No. 1, 2004, pp. 47-52.
20