انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220728Numerical simulation of fuel-air mixture ignition in a v-type spark ignition engine and improvement of spark plug placementشبیهسازی عددی اشتعال مخلوط سوخت و هوا در موتور اشتعال جرقّهای خورجینی و بهبود محدودۀ قرارگیری شمع12415428610.22034/jfnc.2022.341774.1323FAسیّد مسعود هاشمیدانشگاه صنعتی مالک اشترحامد امیریدانشگاه صنعتی مالک اشترJournal Article20220515In this paper, numerical simulation of ignition of fuel-air mixture in a cylinder of a v-type engine has been done by the method of computational fluid dynamics and premixed mixture. The premixed mixture consists of iso-octane and air with an equivalence ratio of 0.9. The existing simulation is performed using the finite volume method and combustion of the premixed mixture. Besides, the dynamic mesh in the piston motion is also used. In this regard, the trend of temperature and pressure changes with respect to the angle of rotation of the crankshaft has been investigated. In order to validate, the results obtained by mixed mixture method were compared to that of a research engine. The simulation results show maximum error of only 2.2% when compared to the experimental results. Therefore, the proposed numerical method can be used in the design of spark ignition engines. In order to optimize the combustion and better expand the flame front in the pent-roof type combustion chamber, the location of the spark plug has been investigated with several simulations in different spark locations. According to the data of pressure and temperature and either flame front contours and their comparison in different analyzes, the optimal range was achieved.در این مقاله شبیه سازی عددی اشتعال مخلوط سوخت و هوا در یکی از سیلندرهای موتور خورجینی، به روش دینامیک سیالات محاسباتی و مخلوط پیش آمیخته انجام گرفته است. مخلوط پیش آمیخته شامل ایزواکتان و هوا با نسبت هم ارزی 0.9 است. شبیه سازی موجود با استفاده از روش حجم محدود و احتراق مخلوط پیش آمیخته صورت گرفته و همچنین از شبکۀ دینامیکی در حرکت پیستون استفاده شده است. در این راستا روند تغییرات دما و فشار نسبت به زاویۀ چرخش میل لنگ بررسی شده است.<strong> </strong>به منظور صحه گذاری، از نتایج یک موتور تحقیقاتی استفاده شده و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی به روش مخلوط پیش آمیخته با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی روش عددی حجم محدود و مخلوط پیش آمیخته در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که بیشترین خطای تغییرات فشار بیشینه، به میزان 2/2 درصد است. بنابراین میتوان در طراحی موتورهای اشتعال جرقه ای از روش عددی ارائه شده استفاده نمود. پس از شبیه سازی، به منظور بهینه شدن احتراق و گسترش بهتر جبهه شعله در محفظه احتراق نوع پنت روف، مکان قرارگیری شمع موتور با شبیه سازیهای متعدد در مکان های جرقّۀ مختلف بهبود پیدا کرده است. و با توجه به نتایج فشار و دما و کانتور<strong></strong>های جبهۀ شعله و مقایسۀ آنها در تحلیل های مختلف به محدودۀ بهینه ای دست یافته شد.https://www.jfnc.ir/article_154286_a4daa177807b6924954176f840d37539.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220826Fuel Production through Thermo-Catalytic Cracking of Waste Tires Using HY, β and HZSM-5 zeolitesتولید سوخت توسط فرایند شکست حرارتی-کاتالیستی تایرهای فرسوده با استفاده از زئولیتهای HY ،β وHZSM-5253615527610.22034/jfnc.2022.327897.1301FAفرشید جعفریدانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانرضا خوش بیندانشگاه بین المللی امام خمینی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بویین زهرا0000-0003-3432-441Xرامین کریم زادهدانشگاه تربیت مدرس دانشکده مهندسی شیمیJournal Article20220826The increase in waste and used tires has become a serious problem in environmental pollution. As vehicles increase and the average mileage of each vehicle increases, this pollution increases every day. Having a significant amount of thermal energy in tires has made their recycling very attractive to solve environmental problems, so that the recycling of waste tires not only has no harmful effects on the environment, but also the source of industrial development and economic profitability and processing and production of other products. In this research, the aim of this study is to investigate the two-stage heat-catalytic pyrolysis process of waste tires on ZSM-5, Y and β zeolite catalysts in order to produce quality of liquid fuel. The properties of the catalysts were evaluated using X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and nitrogen adsorption-desorption analysis. The performance of commercial catalysts in the catalytic cracking of liquid product resulting from thermal pyrolysis of waste tires in the presence of nitrogen gas was investigated. The results showed that zeolite Y with liquid yield of 78.91% by weight had better performance in the above process than the other two catalysts.<br />.افزایش تایرهای فرسوده و مستعمل، به یک معضل جدی در آلودگی محیط زیست تبدیل شده است. با افزایش وسایل نقلیه و رشد متوسط پیمایش هر خودرو، این آلودگی هر روز بیشتر می شود. انرژی گرمایی نهان در لاستیکها، باعث شده است تا عملیات بازیافت آنها برای از بین بردن مشکلات به وجود آمده در محیط زیست به یک رویکرد اقتصادی تبدیل شود و علاوه بر از بین بردن آثار مخرب ایجاد شده در محیط زیست، باعث کارآفرینی و سودآوری و تولید محصولات با ارزش شود. در این پژوهش، هدف برسی فرآیند پیرولیز دومرحلهای گرمایی-کاتالیستی لاستیکهای فرسوده بر روی کاتالیستهای زئولیتی ZSM-5، Y وβ بهمنظور تولید سوخت مایع با کیفیت است. خصوصیات کاتالیستها با استفاده از تکنیکهای طیفسنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز جذب-دفع نیتروژن مورد ارزیابی قرار گرفتند. عملکرد کاتالیستها در آزمایش شکست کاتالیستی محصول مایع حاصل از پیرولیز گرمایی تایر، در مجاورت گاز نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زئولیت Y با بازده استحصال مایع 78/98 درصد وزنی عملکرد بهتری در فرآیند فوق نسبت به دو کاتالیست دیگر داشته است.<br /> https://www.jfnc.ir/article_155276_df08fb8092c2ad6d147814c1686cb5dc.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220823Numerical study of the simultaneous impacts of pilot fuel injection timing strategies and piston bowl geometry in a RCCI engine with dieselsyngas fuelمطالعه عددی اثرهای همزمان زمانبندی سوخت پیشپاشش و هندسه کاسه پیستون در یک موتور RCCI با سوخت گازسنتز/دیزل375615543210.22034/jfnc.2022.331044.1304FAمجتبی ابراهیمیدانشجو کارشناسی ارشد ُ دانشگاه تخصصی فناوریهای نوین آمل0000-0001-6655-328xبهرام جعفریاستادیار دانشکده مهندسی فناوریهای نوین- دانشگاه تخصصی فناوریهای نوین آمل0000-0002-2839-9709Journal Article20220223This numerical study the simultaneous impacts of diesel direct injection timing (pilot injection at 25-40-55 Crank Angle (CA) Before Top Dead Center (BTDC) and main injection at 10 BTDC), combustion chamber geometry (re-entrant (baseline), and wide-shallow chamber), and applying syngas, 20% and 40% of total energy per cycle, in a heavy-duty off-road RCCI engine. This numerical research is conducted using CONVERGE computational fluid dynamic code. The SAGE combustion model was used coupled with a detailed chemical kinetic mechanism consist of 72 species and 360 reactions. The results showed that increasing the syngas to diesel ratio up to 40% caused the combustion speed increased compared to the baseline pure diesel combustion and the start of combustion occurred near the top dead center. Also use of the wide-shallow combustion chamber along with diesel injection at 55 CA BTDC at diesel- 40% syngas combustion operating condition significantly reduced the maximum pressure rise rate compared to other combustion conditions. Additionally, at this combustion condition emissions of Nitrogen Oxides (NOx), soot and Hydro-Carbons are 17.18, 0.015, 0.1 g/kg of fuel which are decreased by 63.5%, 96.5% and 80.2%, respectively, compared to the baseline pure diesel combustion. However, the use of syngas increased the emission of carbon monoxide.
<strong> </strong>
.
این تحقیق عددی به بررسی همزمان اثرهای زمان بندی دو مرحلهای پاشش سوخت دیزل (مرحله اول در 25، 40 و 55 درجه گردش میللنگ قبل از نقطه مرگ بالا و مرحله دوم در10درجه گردش میللنگ قبل از نقطه مرگ بالا)، شکل کاسه پیستون (مقعری و کم عمق عریض) در یک موتور دیزل سنگین غیرجادهای در شرایط احتراق اشتعال تراکمی واکنش کنترل شونده و در سه حالت احتراق دیزلخالص،دیزل-گازسنتز20 درصد و دیزل-گازسنتز40 درصد میپردازد. برای انجام شبیهسازیها از نرمافزار دینامیک سیالات محاسباتی کانورج و برای شبیهسازیهای احتراق از الگوی احتراق- SAGE به همراه یک ساز و کار سینتیک شیمیایی که شامل 72 گونه و 360 واکنش بوده استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش سهم گاز سنتز، سرعت احتراق در مقایسه با حالت کارکرد دیزل پایه افزایش یافته و سبب رخ دادن شروع احتراق در نقاط نزدیکتر به نقطه مرگ بالا شده است. استفاده از کاسه پیستون کم عمق عریض درحالت احتراق دیزل– گازسنتز 4 درصد و زمانبندی 55 درجه میللنگ قبل از نقطه مرگ بالا سبب کاهش چشمگیر نرخ حداکثر فشار در داخل سیلندر نسبت به سایر حالتهای احتراق شده است. همچنین در این حالت احتراق (دیزل-گازسنتز 40 درصد) میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن، ذرات دوده و هیدروکربنهای نسوخته به ترتیب برابر با 17/18، 0/015، 0/1 گرم بر کیلوگرم سوخت است که این مقادیر در مقایسه با حالت کارکرد دیزل پایه 63/5 درصد، 96/5 درصد و 80/2 درصد کاهش یافته است. با این حال استفاده از گازسنتز سبب افزایش انتشار منوکسیدکربن شد.https://www.jfnc.ir/article_155432_e06d1093757ae598fc0d7dbfbb39ad1d.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220823Investigating the effects of molecular diffusion and hydrogen-enrichment on methane-air stratified swirl flameبررسی اثرات نفوذ مولکولی و غنی سازی با هیدروژن بر شعلهی چرخشی طبقهای577415552510.22034/jfnc.2022.342200.1322FAامیررضا محمدپوردانشگاه تربیت مدرسکیومرث مظاهریدانشگاه تربیت مدرسعلیرضا علی پورگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز0000-0003-0523-8344سجاد رحیمیگروه تبدیل انرژی, دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانJournal Article20220513In this article, Cambridge<strong>-</strong>Sandia stratified burner has been simulated by adding two different amounts of hydrogen to the fuel in order to investigate the effects of molecular diffusion in stratified and premixed combustion. For this purpose, two different models have been considered. In the first model, the Schmidt number is assumed to unity for all species, and in the second model, different Schmidt numbers have been used for each chemical species. The results show that by adding hydrogen in the stratified case, preferential diffusion of lighter species, affects the mass fraction of hydrogen, especially near the surface of the bluff body, and causes a 4-fold increase in the calculated value for its mass fraction. Therefore, molecular diffusion effects cannot be ignored in the governing equations. In the premixed case, although the molecular diffusion has little effect on the species concentration, it still is effective on the temperature distribution. By adding 40% of hydrogen, the maximum temperature increases by 2% and 5% and the average temperature increases by 12% and 15% in premixed and stratified cases, respectively. In general, increasing the amount of hydrogen changes the flame structure more significantly, especially regarding the recirculation zone above the bluff body, which becomes shorter with hydrogen addition.
.در این مقاله مشعل طبقه ای کمبریج-سندیا بهمنظور بررسی اثرات نفوذ مولکولی در احتراق طبقه ای و پیش آمیخته، با افزودن دو مقدار مختلف هیدروژن به سوخت شبیه سازی شده است. برای این منظور دو مدل متفاوت در نظر گرفته شده که در مدل اول از فرض عدد اشمیت برابر یک برای تمام گونه ها و در مدل دوم از اعداد اشمیت متفاوت برای هر گونهی شیمیایی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان میدهند که با افزودن هیدروژن در حالت طبقه ای، نفوذ ترجیحی گونه های سبکتر بر کسرجرمی هیدروژن به ویژه در نزدیکی سطح جسم پهن تأثیر میگذارد و باعث افزایش 4 برابری مقدار محاسبه شده برای کسر جرمی این گونه میشود. بنابراین نمی توان اثرات نفوذ مولکولی را در معادلات حاکم نادیده گرفت. در حالت پیش آمیخته هرچند نفوذ مولکولی تأثیر کمی بر غلظت گونه ها دارد ولی همچنان بر توزیع دما موثر است. بهطوری که با افزودن 40 درصد هیدروژن، دمای بیشینه افزایش 2 و 5 درصدی و میانگین دما افزایش 12 و 15 درصدی را به ترتیب در حالت های پیش آمیخته و طبقه ای نشان می دهند. بهطورکلی، افزایش مقدار هیدروژن، ساختار شعله را بهطور قابلتوجهتری تغییر میدهد، بهویژه در مورد ناحیه بازچرخشی در بالای جسم پهن، که با افزودن هیدروژن کوتاهتر می شود.https://www.jfnc.ir/article_155525_ab8c33c1e8092e5cad570def525a0c27.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220921CH* Chemiluminescence Measurement in sooting Flamesاندازهگیری نورتابی شیمیایی رادیکال متیلیدین برانگیخته در شعلههای حاوی دوده758915867110.22034/jfnc.2022.349485.1328FAکامیاب کرباسی شرقدانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایرانمحمد مهدی صالحیدانشگاه صنعتی شریف مهندسی هوافضاامیر مردانیصنعتی شریف مهندسی هوافضاJournal Article20220625In this work, a non-intrusive method is developed to measure the CH* chemiluminescence in a laminar non-premixed flame. In this method, a digital camera and optical band-pass filters are used. CH* chemiluminescence happens in a sharp band around 430 nm, but in the case of a soot formation in the flame, the resulting thermal radiation partly happens in the CH* chemiluminescence band. In this work, two other band-pass filters with central frequencies of 420 and 440 nm are used to estimate the thermal radiation of soot particles near 430 nm. Using this approximation, the effect of the thermal radiation of soot particles on CH* chemiluminescence is removed. Comparing the experimental results in this work with the numerical simulations show that the proposed method can effectively remove the soot thermal radiation when the soot concentration is low. However, as the soot concentration increases, resulting in enhanced thermal radiation, the accuracy of the method decreases.در این پژوهش با استفاده از یک روش تجربی غیرتداخلی، نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته CH* در شعله نفوذی در رژیم جریان آرام اندازهگیری شده است. در این روش از یک دوربین معمولی و فیلترهای نوری میانگذر استفاده شده است. نورتابی شیمیایی این گونه در محدوده 430 نانومتر ساطع میشود، اما در صورت وجود دوده در شعله، تشعشع حرارتی دوده در محدوده نور مرئی در بازه نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته نیز تابش قابل ملاحظهای دارد. در این پژوهش با استفاده از دو فیلتر نوری دیگر با طول موجهای مرکزی 420 و 440 نانومتر، تخمینی از تشعشع حرارتی دوده در محدوده 430 نانومتر بدست میآید. با استفاده از این تخمین اثر تعشع دوده بر نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته حذف میشود. مقایسه نتایج این پژوهش با شبیهسازی عددی نشان میدهد که در شرایطی که مقدار کمی دوده تشکیل شده است، این روش با دقت خوبی میتواند اثرات تشعشع دوده را حذف کند. اما با افزایش غلظت دوده و در نتیجه افزایش شدت تشعشع آن، خطای روش افزایش مییابد.https://www.jfnc.ir/article_158671_58ce2df0ccb4d8bca5fc855b6f3d1a3b.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220220622Numerical simulations of evaporation rate and fuel temperature under the transient radiative heat flux in the case of pool fireشبیهسازی نرخ تبخیر و دمای سوخت تحت اثر شار حرارتی متغیر با زمان در آتش استخری کم عمق9010715906510.22034/jfnc.2022.348514.1326FAقاسم حیدری نژاددانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرسفرهاد جمسدانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک، گروه تبدیل انرژیمحمد صفرزادهدانشگاه تربیت مدرسJournal Article20220625
Computing the evaporation rate of fuel is one of the challenges and complexities of pool fire simulations. In this study, the evaporation rate of methanol in a shallow pool fire problem is computed using an algorithm that includes analytical and empirical relations. Modeled radiative heat flux and surrounding air temperature are considered transient. Heat and mass transfer phenomena are included in this algorithm, and their effects are discussed. The relative error of results to other numerical studies was below 3 percent. Also, by comparing steady results to experimental results, the relative error was 1 percent. Results show that the evaporation rate in transient radiative heat flux case is delayed 50 seconds to constant radiative flux. In addition, Nusselt number and Grashof number are independent of radiative flux, and depend on surrounding air temperature<strong>.</strong>
ی
یکی از چالشها و پیچیدگیهای شبیهسازی مسائل مرتبط با آتش استخری با سوخت مایع، تعیین نرخ تبخیر سوخت است. در این پژوهش تلاش شده تا با استفاده از الگوریتم متشکل از روابط ساده تحلیلی و نیمه تجربی، نرخ تبخیر سوخت متانول در مسئله آتش استخری کمعمق تحت اثر شار تابشی و دمای محیط گذرا محاسبه شود. در این الگوریتم، هر دو پدیده انتقال حرارت و انتقال جرم لحاظ شد و رفتار هر پدیده مطالعه شد. در مقایسه نتایج شبیهسازیها با نتایج عددی پژوهشهای دیگر، دقت قابل قبولی (کمتر از 3 درصد خطای نسبی) مشاهده شد. همچنین، در مقایسه نتایج شبیهسازی با نتایج تجربی، مشخص شد نتایج پایای شبیهسازی به نسبت نتایج تجربی، 1 درصد خطای نسبی دارد. با بررسی نتایج، مشاهده شد که نرخ تبخیر در حالتی که شار تابشی گذراست، به نسبت حالتی که شار تابشی پایا است 50 ثانیه تأخیر زمانی دارد. همچنین، عدد ناسلت و عدد گراشوف مستقل از شار تابشی و وابسته به دمای محیط اطراف میباشند.https://www.jfnc.ir/article_159065_b264a1d4005e76ec6b76ae2ecd55f5d2.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362915220221109Numerical investigation of the effect of combustion and turbulence models in estimating the combustion characteristics of a fuel-rich propellant -case study: ramjetبررسی عددی تأثیر مدلهای احتراقی و آشفتگی در تخمین مشخصههای احتراقی پیشرانه غنی از سوخت- مطالعه موردی: سامانه رمجت10813515945410.22034/jfnc.2022.348967.1327FAعلی اکبر جمالیگروه مهندسی شیمی - دانشکده فنی و مهندسی - دانشگاه جامع امام حسین (ع)0000-0002-2072-6624ابوالفضل یزدانیدانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران، ایرانJournal Article20220625The variety of multiple physical phenomena in the combustion chamber like chemical kinetics, heat transfer (convection and radiation), multiple phases, and thermal decomposition in the absence of oxygen (pyrolysis) related to solid fuel with the accumulation of particles and the liquid film are combustion challenges in the air-breathing combustion systems (ramjet). Understanding the physical and chemical processes involved in combustion is required to predict the physical procedures governing fluid flow, combustion initiation, regression rate, heat release rate, flame, and concentration of species generated during combustion. According to simultaneously solving the combustion and turbulence models, applying the numerical methods in analyzing the governing equations leads to some results, including the effect of variables, performance characteristics, combustion properties, and finally, access to fuel-rich propulsion combustion efficiency in solid fuel ramjet systems. The chemical reactions in the combustor, pyrolysis of Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), and the combustion of the pyrolysis products are investigated based on the reduced kinetic mechanisms. Then, by eddy dissipation and finite-rate chemistry models accompanied by K-ε standard and K<strong>-</strong>ω<strong>-</strong>SST models in the modeling of solid fuel ramjet combustor, the simulation results are compared with CEA data to identify the best models for accurate combustion prediction. The results showed that the finite-rate model predicts the combustion characteristics of the solid fuel ramjet with much error compared to the eddy dissipation model due to ignoring the effects of flow turbulence and the amount of fuel and air mixing in the combustion chamber. According to the thermodynamic and combustion results, the K-ω/eddy dissipation case was in good agreement with CEA results.
.تنوع پدیدههای فیزیکی چندگانه در محفظه احتراق نظیر سینتیک شیمیایی، انتقال حرارت (همرفت و تابش)، تعدد فاز، تجزیه حرارتی در غیاب اکسیژن (پیرولیز) مربوط به سوخت جامد با تجمع و انباشتگی ذرات و فیلم مایع از چالشهای احتراق در سامانههای احتراقی هواتنفسی (رمجت)میباشند. درک فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی درگیر در احتراق برای پیشبینی فرایندهای فیزیکی حاکم بر جریان سیال، شروع احتراق، نرخ آزاد شدن حرارت، تشکیل شعله، نرخ پسروی سوخت و غلظت گونههای تولیدشده در طول احتراق موردنیاز است. بهموجب الزام در حل همزمان مدلهای احتراقی و آشفتگی اعمال روشهای عددی در تحلیل معادلات حاکم، زمینهساز حصول برخی نتایج شامل پیشبینی تأثیر متغیرها، خصوصیات عملکردی و ویژگیهای احتراقی و در نهایت دسترسی به بازده احتراق پیشرانه غنی از سوخت در سامانههای رمجتی است. در بررسی واکنشهای شیمیایی محفظه احتراق، پیرولیز پلیبوتادین خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) مدنظر بوده و نهایتاً احتراق برای محصول پیرولیز بر پایه مدل و مکانیسم سینتیکهای شیمیایی کاهشیافته ادامه مییابد. سپس بهمنظور تشخیص مدلهای برتر در پیشبینی مناسب مشخصههای احتراق با بهکارگیری هر دو مدل احتراقی نظیر اضمحلال گردابهای و شیمی نرخ محدود، همراه با بررسی عددی مدلهای آَشفتگی شاملK-ɛ استاندارد و sst K-ω برای محفظه احتراق، یک مقایسه تطبیقی میان نتایج شبیهسازی با دادههای محیط محاسباتی تعادل شیمیایی ناسا (CEA) انجام شد. نتایج نشان دادند که مدل نرخ محدود به دلیل نادیده گرفتن اثرات آشفتگی جریـان و میـزان اخـتلاط سـوخت و هـوا در محفظه احتراق، مشخصات احتراقی رمجت سوخت جامد را با خطای زیادی نسبت به مدل اتلاف گردابهای پیشبینی میکند. با توجه به نتایج ترمودینامیکی و احتراقی، وضعیتK-ω /Eddy dissipation مطابقت خوبی با نتایج CEA داشت.https://www.jfnc.ir/article_159454_8453e28900b3a41ee23ac344c662bd87.pdf