Fuel and Combustion

Fuel and Combustion

The effect of equivalence ratio on the combustion characteristics and CO emissions of a porous burner used for cooking applications

Document Type : Original Article

Authors
Matin Kavand 1
Mohammad Mahdi Heyhat 2
Mohammad Zabetian Targhi 1
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University
10.22034/jfnc.2026.562351.1449
Abstract
Porous burners have gained increasing attention as efficient alternatives to conventional free-flame burners for domestic cooking applications owing to their enhanced thermal efficiency, improved temperature uniformity, and reduced pollutant emissions. By stabilizing combustion within or near a porous ceramic matrix, these burners promote internal heat recirculation and intensify heat transfer to the cookware. Despite these advantages, their performance is highly sensitive to operating parameters, among which the equivalence ratio plays a pivotal role. Variations in equivalence ratio can significantly alter flame stability, combustion regime, temperature distribution, heat-transfer mechanisms, and pollutant formation. Although previous studies have investigated the influence of equivalence ratio on selected performance indicators, a comprehensive experimental assessment encompassing all major thermal, combustion, and emission characteristics under identical operating conditions remains limited. The present study addresses this gap by experimentally examining the effect of equivalence ratio on the overall performance of a porous ceramic burner developed for domestic cooking applications.
Experiments were conducted at a constant   thermal input of 1.83 kW, corresponding to the minimum rated power for household cooking burners, over an equivalence-ratio range of 0.5 to 1.2, covering lean, near-stoichiometric, and rich combustion regimes. All tests were performed in accordance with relevant Iranian national standards to ensure reproducibility and practical relevance. The investigated parameters include flame temperature, porous-ceramic surface temperature, preheating-zone temperature, thermal efficiency, partitioning of convective and radiative heat transfer to the cooking vessel, flame stability, combustion regime, and CO emissions.
The results indicate that the equivalence ratio exerts a dominant influence on flame location and combustion regime, which subsequently governs the thermal and environmental performance of the burner. As the equivalence ratio increases from lean conditions toward stoichiometry, flame temperature rises substantially. Specifically, the flame temperature increases from approximately 1016 °C at an equivalence ratio of φ = 0.7 to about 1080 °C near stoichiometric conditions, reaching a maximum of around 1100 °C under rich combustion. A similar increasing trend is observed for the surface temperature of the porous ceramic. This behavior is attributed to the progressive submergence of the flame within the porous structure, which enhances conductive heat transfer between the flame and the ceramic matrix and increases radiative heat emission from the heated surface.
Beyond near-stoichiometric conditions, however, the rate of increase in flame temperature diminishes despite further enrichment of the mixture. This trend reflects the onset of oxygen-deficient combustion and the increasing influence of incomplete oxidation, which limits further temperature rise. Under rich conditions, although the ceramic surface temperature remains elevated due to enhanced heat recirculation within the porous medium, the effective combustion intensity no longer increases proportionally.
The preheating-zone temperature exhibits a similar dependence on the equivalence ratio. Under lean combustion conditions, the high velocity of the fuel–air mixture leads to short residence times within the porous structure, restricting effective upstream heat transfer and preheating. As the equivalence ratio increases, the mixture velocity decreases, allowing more intense thermal interaction between the combustion zone and the preheating region. Consequently, the preheating-zone temperature increases noticeably, which promotes improved flame stabilization and facilitates flame anchoring within the porous matrix. This enhanced preheating effect plays a critical role in shaping the observed combustion regimes.
Thermal efficiency, a key performance indicator for cooking applications, shows a non-monotonic variation with equivalence ratio. The maximum thermal efficiency of 63.2% is achieved at an equivalence ratio of φ = 0.7. At equivalence ratios lower than this value, thermal efficiency decreases due to excessive mixture velocity, which induces flame instability, partial lift-off, and reduced heat-transfer effectiveness. Under these conditions, a considerable fraction of the released thermal energy is lost with the exhaust gases rather than being transferred to the cooking vessel.
As the equivalence ratio increases beyond φ = 0.7 thermal efficiency gradually declines, reaching approximately 58% at φ = 1.2. This reduction occurs despite the higher ceramic surface temperatures measured under richer conditions. These findings demonstrate that thermal efficiency is not governed solely by ceramic temperature or radiative intensity. Instead, flame position relative to the cookware and the velocity of combustion products play a decisive role in determining the net heat-transfer rate. When the flame becomes fully submerged within the porous medium, convective heat transfer to the cooking vessel is significantly weakened, resulting in lower overall efficiency.
Analysis of the heat-transfer mechanisms further elucidates this behavior. Increasing the equivalence ratio leads to an increase in radiative heat transfer due to elevated ceramic temperatures and higher surface emissive power. Conversely, convective heat transfer decreases as a result of reduced exhaust-gas velocities and weaker forced convection around the cooking vessel. At an equivalence ratio of φ = 0.7, an optimal balance between convective and radiative heat transfer is established. In this condition, convective heat transfer remains substantial owing to relatively high gas velocities, while radiative heat transfer contributes effectively without becoming dominant. This balanced heat-transfer regime explains the observed maximum in thermal efficiency.
CO emissions are found to be strongly dependent on the equivalence ratio. Under lean combustion conditions, CO concentrations remain extremely low, typically in the range of 1–3 ppm, indicating near-complete combustion facilitated by excess oxygen availability. As the equivalence ratio increases toward rich conditions, CO emissions rise due to oxygen deficiency and incomplete oxidation of carbon-containing species, reaching a maximum of approximately 25 ppm. Importantly, across the entire equivalence-ratio range investigated, CO emissions remain below the permissible limit specified by the BS EN 30-1-1 standard for domestic gas burners, confirming acceptable safety and environmental performance.
Flame stability observations are consistent with the thermal and emission trends. At very lean equivalence ratios (φ = 0.5–0.6), the flame becomes unstable and prone to blow-off as a result of excessive mixture velocity. In the equivalence-ratio range of φ = 0.7–0.8, a stable blue flame attached to the ceramic surface is consistently observed, corresponding to optimal operating conditions. At higher equivalence ratios, the flame progressively becomes submerged within the porous structure and exhibits yellowish streaks characteristic of rich combustion. No flashback phenomena are observed throughout the tested operating range, indicating a high level of operational safety.
Overall, the results identify an equivalence ratio of approximately φ = 0.7 as the optimal operating condition for the investigated porous burner, at which maximum thermal efficiency, stable flame behavior, and minimal CO emissions are simultaneously achieved. The findings highlight the critical importance of precise equivalence-ratio control in the design and operation of porous burners for domestic cooking applications and provide valuable guidance for the development of high-efficiency, low-emission cooking technologies.

Highlights

Porous burners are considered efficient alternatives for domestic cooking systems. However, the influence of equivalence-ratio variations on their performance requires further investigation. This study presents a fully comprehensive, simultaneous evaluation of lean-to-rich combustion effects on all functional aspects of a porous cooking burner—including flame stability, flame and ceramic temperatures, preheat-zone temperature, thermal efficiency, heat-transfer partitioning to the cookware, and CO emissions—an integrated analysis not previously reported. Experiments were conducted at 1.83 kW (Pmin), and variations in temperature fields, flame behavior, and pollutant formation were assessed. Results showed that at φ = 0.7 the burner achieved its maximum thermal efficiency of 63.2%, while CO emissions remained as low as ~3 ppm. For φ < 0.7, the flame became semi-stable, whereas for φ > 0.7, thermal efficiency decreased and CO emissions increased. Across all tested conditions, CO remained within safe limits (3–25 ppm). Flame stability was maintained within φ = 0.55–1.2, and at φ = 0.7—where maximum efficiency occurred—the flame was blue and attached to the ceramic surface. These findings highlight that precise control of the equivalence ratio can significantly improve thermal performance and reduce emissions, enabling optimized designs for domestic porous burners.

Keywords
Porous burner
Equivalence ratio
Thermal efficiency
CO emission
Cooking application

Subjects

نگرانی‌های روزافزون درباره بهره‌وری انرژی و کیفیت هوا، موجب افزایش توجه به فناوری‌های احتراق پاک‌تر شده است. مشعل‌های گازی شعله آزاد مورد استفاده در خانه‌ها و صنعت، اغلب با مشکلاتی مانند احتراق ناقص، توزیع ناهموار گرما و انتشار بالای CO و NOx مواجه هستند. این مسائل باعث اتلاف انرژی و افزایش نگرانی‌های ایمنی و زیست‌محیطی می‌شوند. در مقابل، احتراق در محیط متخلخل سرامیکی با تثبیت شعله، بهبود انتقال حرارت و گسترش محدوده اشتعال‌پذیری، پتانسیل بالایی برای غلبه بر این چالش‌ها نشان داده است. توانایی آن در پیش‌گرم کردن مخلوط و ترویج احتراق یکنواخت، محیط متخلخل سرامیکی را به گزینه‌ای جذاب برای مشعل‌های خانگی کارآمد و کم‌انتشار تبدیل می‌کند.

مشعل‌های سرامیکی متخلخل نسبت به مشعل‌های شعله آزاد، مزایای قابل توجهی دارند از جمله راندمان حرارتی بالاتر، تولید آلاینده کمتر و پایداری بهتر فرآیند احتراق [1]. با این حال، مشعل‌های سرامیکی متخلخل در کاربردهای خانگی با چالش‌ها و محدودیت‌هایی مواجه هستند، نظیر مشکلات در تنظیم نسبت هم‌ارزی سوخت به هوا، دشواری در تأمین هوای مورد نیاز برای احتراق پیش‌مخلوط، امکان ریختن مواد غذایی بر روی سطح سرامیک مشعل، و مشکلاتی در تمیز کردن آن. علاوه بر این، مراقبت از سرامیک برای جلوگیری از شکستن آن نیز از دیگر مسائل مهم در استفاده از این نوع مشعل‌ها است [2].

برخی پژوهش‌ها تأثیر نسبت ‌هم‌ارزی بر راندمان حرارتی و تابشی مشعل‌های متخلخل را بررسی کرده‌اند. لیو و همکاران [3] نشان دادند که افزایش نسبت ‌هم‌ارزی از 45/0 تا 6/0 موجب گسترش پایداری شعله تا 300% و بهبود راندمان حرارتی می‌شود. سلطانیان و همکاران [4] با تنظیم نسبت ‌هم‌ارزی 9/0 تا 1، راندمان حرارتی بیش از 62% را گزارش کردند. وحیدحسینی و همکاران [5] نیز دستیابی به راندمان تابشی بالای 50% و کاهش مصرف انرژی تا 6/13% را نشان دادند.

بسیاری از پژوهشگران، راندمان حرارتی و انتشار آلاینده‌ها را به‌عنوان پارامترهای کلیدی عملکرد مشعل‌های متخلخل معرفی کرده و تأثیر نسبت ‌هم‌ارزی را بر این شاخص‌ها بررسی نموده‌اند. میشرا و همکاران [6] در مطالعه‌ای بر روی مشعل تابشی متخلخل دو‌لایه برای پخت‌وپز با LPG نشان دادند که تنظیم نسبت ‌هم‌ارزی در بازه 55/0 تا 70/0 موجب افزایش راندمان حرارتی تا 58% و کاهش انتشار CO و NOx به کمتر از ppm 100 می‌شود. کرامیوتیس و همکاران [7] گزارش کردند که افزایش نسبت ‌هم‌ارزی از 6/0 به 8/0، راندمان تابشی را از 28% به 45% افزایش داده و غلظت CO را از ppm 320 به ppm 90 کاهش می‌دهد. نتایج مشابهی توسط ماهالینگام و همکاران [8] ارائه شد، به‌طوری که راندمان حرارتی از 38% به 54% افزایش و CO از ppm 250 به ppm 90 کاهش یافت. دب و همکاران [9] نشان دادند که در محدوده نسبت ‌هم‌ارزی 7/0 تا 9/0، راندمان حرارتی تا 60% افزایش یافته و CO کمتر از ppm 75 باقی می‌ماند. پانتانگی و همکاران [10] نیز افزایش راندمان از 43% به 56% و کاهش CO از 350 به کمتر از mg/m3 25 را گزارش کردند. سلطانیان و همکاران [11] با استفاده از مشعل متخلخل آلومینایی، افزایش دمای ناحیه احتراق تا K 250 و راندمان بیش از 50% را همراه با CO کمتر از ppm 100 مشاهده کردند. محمدباقری و همکاران [12] راندمان تابشی حدود 52% و CO کمتر از ppm 80 را گزارش نمودند، در حالی که رانجان و همکاران [13] برای بار حرارتی 1 کیلووات، راندمان 2/84% و کاهش CO و NOx به ppm 10 و ppm 6 را به دست آوردند. ژنگ و همکاران [14] نشان دادند که افزایش نسبت ‌هم‌ارزی از 8/0 به 1 موجب افزایش دمای شعله تا K 1650 و راندمان بیش از 75% می‌شود، اما در مقادیر بالاتر، CO و NOx افزایش می‌یابد. لی و همکاران [15] نیز کاهش راندمان تابشی و هم‌زمان کاهش CO تا بیش از 40% را با کاهش نسبت ‌هم‌ارزی گزارش کردند.

برخی مطالعات تمرکز ویژه‌ای بر آلاینده‌ها داشته‌اند. وانگ و همکاران [16] کاهش NO از ppm 6816 به ppm 843 را با افزایش نسبت ‌هم‌ارزی از 5/0 تا 9/0 گزارش کردند، در حالی که CO همواره کمتر از ppm 42 باقی ماند. وو و همکاران [17] کاهش NOx از 25 به کمتر از g/kg 5 را در نسبت‌های رقیق مشاهده کردند. کائو و همکاران [18] کاهش CO از ppm 400 به کمتر از ppm 80 را با افزایش نسبت ‌هم‌ارزی از 3/0 به 5/0 گزارش نمودند. کسکان و همکاران [19] نیز با افزودن هیدروژن به متان، کاهش قابل‌توجه CO را نشان دادند. لی و همکاران [20] با تزریق مرحله‌ای هوا، کاهش72% CO و 55% NOx را در نسبت ‌هم‌ارزی 9/0 گزارش کردند، در حالی که ژائو و همکاران [21] کاهش CO تا 45% و افزایش NOx را در اثر افزایش هیدروژن نشان دادند.

گروهی دیگر، تأثیر نسبت ‌هم‌ارزی بر رژیم احتراقی و پایداری شعله را بررسی کرده‌اند. آرایا و همکاران [22] پایداری شعله را در احتراق رقیق پروپان-هوا در بازه 4/0 تا 6/0 گزارش کردند. ژنگ و همکاران [23] افزایش دامنه اشتعال پایدار و کاهش NOx به کمتر از mg/m3 225 را در احتراق آمونیاک نشان دادند. سلطانیان و همکاران [24] افزایش غیریکنواختی دمای سطح را در نسبت‌های بالاتر گزارش کردند. اَودیچ و همکاران [25] پایداری احتراق و CO کمتر از mg/kWh 50 را در سیستم گرمایش خانگی نشان دادند. شعبانی‌نژاد و همکاران [26] بهبود عملکرد و کاهش CO و NO را با افزایش هوای اضافی تا 5/1 گزارش کردند. فورسنکو و همکاران [27] نشان دادند که افزایش نسبت ‌هم‌ارزی نوسانات شعله را کاهش می‌دهد. موروشکینا و همکاران [28] و لی و همکاران [29] نیز نقش تعیین‌کننده نسبت ‌هم‌ارزی را در جابه‌جایی جبهه شعله، نوسانات حرارتی و افزایش کامل‌سوزی تأیید کردند.

در مطالعات پیشین، محققین به بررسی تاثیر نسبت ‌هم‌ارزی فقط بر یک جنبه مشعل‌های متخلخل دولایه پرداخته‌اند؛ اما تاکنون پژوهش جامعی بر تاثیر نسبت ‌هم‌ارزی بر تمام جنبه‌های یک مشعل متخلخل دولایه که دارای محیط پیش‌گرم است انجام نشده است. همانطور که مشخص است یکی از مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر پارامترهای عملکردی مشعل متخلخل، نسبت ‌هم‌ارزی است. هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر تغییرات نسبت ‌هم‌ارزی بر ویژگی‌های احتراقی و انتشار CO  در یک مشعل متخلخل در کاربرد پخت‌وپز است. در این مطالعه، به‌ویژه بر روی بررسی راندمان حرارتی، پایداری شعله، تفکیک انتقال حرارت از مشعل به ظرف آزمون و کاهش آلاینده CO تمرکز شده است. با توجه به اهمیت روزافزون کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های سمی در سیستم‌های پخت‌وپز خانگی، این تحقیق به‌دنبال شناسایی شرایط بهینه برای عملکرد مشعل‌ها است تا ضمن افزایش کارایی، از آلاینده‌های مضر مانند CO کاسته شود. همچنین، این مطالعه در تلاش است تا از طریق آزمون‌های تجربی، راهکارهایی برای ارتقای عملکرد مشعل‌های متخلخل در شرایط مختلف نسبت ‌هم‌ارزی ارائه دهد.

پژوهش حاضر با هدف پر کردن این خلأ، به ارزیابی تجربی تاثیر تغییر نسبت ‌هم‌ارزی از محدوده رقیق سوز[1] به غنی سوز[2]، بر پارامترهای کلیدی همچون راندمان حرارتی، انتشار آلاینده CO، دمای شعله و سرامیک، دمای ناحیه پیش‌گرم، تفکیک انتقال حرارت از مشعل به ظرف آزمون، پایداری شعله و رژیم‌های احتراقی متفاوت در کاربرد پخت و پز می‌پردازد. این تحقیق نشان می‌دهد که با بهینه‌سازی نسبت ‌هم‌ارزی، می‌توان به نتایج بهتری در کاهش انتشار آلاینده‌ها و افزایش راندمان حرارتی دست یافت. این نوآوری می‌تواند در طراحی سیستم‌های پخت‌وپز با عملکرد بالا و آلایندگی پایین در آینده مؤثر واقع شود.

 


[1] Lean Combustion

[2] Rich Combustion

[1]    A. Ramos, E. Monteiro, and A. Rouboa, "Biomass pre-treatment techniques for the production of biofuels using thermal conversion methods – A review," Energy Conversion and Management, vol. 270, p. 116271, 2022. doi: 10.1016/j.enconman.2022.116271.
[2]    F. Martins, C. Felgueiras, M. Smitkova, and N. Caetano, "Analysis of fossil fuel energy consumption and environmental impacts in European countries," Energies, vol. 12, no. 6, p. 964, 2019.
[3]    M. D. B. Watanabe, F. Cherubini, A. Tisserant, and O. Cavalett, "Drop-in and hydrogen-based biofuels for maritime transport: Country-based assessment of climate change impacts in Europe up to 2050," Energy Conversion and Management, vol. 273, p. 116403, 2022. doi: 10.1016/j.enconman.2022.116403.
[4]    H. Lin, X. Chen, Y. Chu, J. Fu, and L. Yang, "Dilemma and strategies for production of diesel-like hydrocarbons by deoxygenation of biomass-derived fatty acids," Green Energy & Environment, vol. 10, no. 6, pp. 1153-1186, 2024. doi: 10.1016/j.gee.2024.08.005.
[5]    V. K. Mishra and R. Goswami, "A review of production, properties and advantages of biodiesel," Biofuels, vol. 9, no. 2, pp. 273-289, 2018.
[6]    M. Zoghi and M. Saidi, "Biodiesel production from waste cooking oil by application of perovskite structure catalyst: Experimental and theoretical evaluation of strontium stannate catalyst activity," Fuel, vol. 357, p. 129713, 2023. doi: 10.1016/j.fuel.2023.129713.
[7]    M. Safaripour, M. Saidi, and A. Jahangiri, "Application of samarium doped lanthanum nickel oxide perovskite nanocatalyst for biodiesel production," Energy Conversion and Management, vol. 296, p. 117667, 2023. doi: 10.1016/j.enconman.2023.117667.
[8]    M. Zabeti, W. M. A. W. Daud, and M. K. Aroua, "Activity of solid catalysts for biodiesel production: a review," Fuel processing technology, vol. 90, no. 6, pp. 770-777, 2009.
[9]    E. G. Fawaz, D. A. Salam, L. Pinard, and T. J. Daou, "Study on the catalytic performance of different crystal morphologies of HZSM-5 zeolites for the production of biodiesel: a strategy to increase catalyst effectiveness," Catalysis Science & Technology, 10.1039/C9CY01427F vol. 9, no. 19, pp. 5456-5471, 2019. doi: 10.1039/C9CY01427F.
[10]  S. Mohebbi, M. Rostamizadeh, and D. Kahforoushan, "Efficient sulfated high silica ZSM-5 nanocatalyst for esterification of oleic acid with methanol," Microporous and Mesoporous Materials, vol. 294, p. 109845, 2019. doi: 10.1016/j.micromeso.2019.109845.
[11]  M. Rostamizadeh, F. Yaripour, and H. Hazrati, "Ni-doped high silica HZSM-5 zeolite (Si/Al= 200) nanocatalyst for the selective production of olefins from methanol," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, vol. 132, pp. 1-10, 2018.
[12]  M. Rostamizadeh and F. Yaripour, "Dealumination of high silica H-ZSM-5 as long-lived nanocatalyst for methanol to olefin conversion," Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, vol. 71, pp. 454-463, 2017.
[13]  A. A. Kiss, A. C. Dimian, and G. Rothenberg, "Solid acid catalysts for biodiesel Production–‐Towards sustainable energy," Advanced Synthesis & Catalysis, vol. 348, no. 1‐2, pp. 75-81, 2006.
[14]  D. Dastan, M. Pezhmanmehr, N. Askari, S. N. Ebrahimi, and J. Hadian, "Essential oil compositions of the leaves of Azadirachta indica A. Juss from Iran," Journal of Essential Oil Bearing Plants, vol. 13, no. 3, pp. 357-361, 2010.
[15]  M. H. Ali, M. Mashud, M. R. Rubel, and R. H. Ahmad, "Biodiesel from Neem oil as an alternative fuel for Diesel engine," Procedia Engineering, vol. 56, pp. 625-630, 2013.
[16]  M. A. Asl, K. Tahvildari, and T. Bigdeli, "Eco-friendly synthesis of biodiesel from WCO by using electrolysis technique with graphite electrodes," Fuel, vol. 270, p. 117582, 2020.
[17]  M. Helmi, K. Tahvildari, A. Hemmati, and A. Safekordi, "Phosphomolybdic acid/graphene oxide as novel green catalyst using for biodiesel production from waste cooking oil via electrolysis method: Optimization using with response surface methodology (RSM)," Fuel, vol. 287, p. 119528, 2021.
[18]  W. P. Wicaksono, S. A. Jati, I. Yanti, and P. K. Jiwanti, "Co-solvent free electrochemical synthesis of biodiesel using graphite electrode and waste concrete heterogeneous catalyst: optimization of biodiesel yield," Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, vol. 16, no. 1, pp. 179-187, 2021.
[19]  G. Guan and K. Kusakabe, "Synthesis of biodiesel fuel using an electrolysis method," Chemical Engineering Journal, vol. 153, no. 1, pp. 159-163, 2009. doi: 10.1016/j.cej.2009.06.005.
[20]  N. R. Sturt, S. S. Vieira, and F. C. Moura, "Catalytic activity of sulfated niobium oxide for oleic acid esterification," Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 7, no. 1, p. 102866, 2019.
[21]  S. S. Nada, S. I. Hawash, M. A. Zahran, and E. M. Ahmed, "Preparation of Poly (AAc/AAm)/NaOH Hydrogel as a Catalyst for Electrolysis Production of Biodiesel from Waste Cooking Oil," Egyptian Journal of Chemistry, vol. 65, no. 13, 2022.
[22]  H. Yang, R. Lu, and L. Wang, "Study of preparation and properties on solid superacid sulfated titania–silica nanomaterials," Materials Letters, vol. 57, no. 5-6, pp. 1190-1196, 2003.
[23]  N. Asikin-Mijan, G. AbdulKareem-Alsultan, S. M. Izham, and Y. Taufiq-Yap, "Biodiesel production via simultaneous esterification and transesterification of chicken fat oil by mesoporous sulfated Ce supported activated carbon," Biomass and Bioenergy, vol. 141, p. 105714, 2020.
[24]  M. Helmi, K. Tahvildari, A. Hemmati, P. Aberoomand azar, and A. Safekordi, "Phosphomolybdic acid/graphene oxide as novel green catalyst using for biodiesel production from waste cooking oil via electrolysis method: Optimization using with response surface methodology (RSM)," Fuel, vol. 287, p. 119528, 2020. doi: 10.1016/j.fuel.2020.119528.