view in publisher's site

The role of chemistry in the oscillating combustion of hydrocarbons: An experimental and theoretical study

Highlights•Measurement of species mole fractions during oscillating combustion was performed.•The establishment of limit cycles is observed also in quasi-isothermal conditions.•5 main recombination channels were found behind the oscillating behavior.•Multiple unstable regions are established because of thermokinetic interactions.AbstractThe stable operation of low-temperature combustion processes is an open challenge, due to the presence of undesired deviations from steady-state conditions: among them, oscillatory behaviors have been raising significant interest. In this work, the establishment of limit cycles during the combustion of hydrocarbons in a well-stirred reactor was analyzed to investigate the role of chemistry in such phenomena. An experimental investigation of methane oxidation in dilute conditions was carried out, thus creating quasi-isothermal conditions and decoupling kinetic effects from thermal ones. The transient evolution of the mole fractions of the major species was obtained for different dilution levels (0.0025⩽XCH4≤0.025), inlet temperatures (1080K⩽T≤1190K) and equivalence ratios (0.75⩽Φ≤1). Rate of production analysis and sensitivity analysis on a fundamental kinetic model allowed to identify the role of the dominating recombination reactions, first driving ignition, then causing extinction.A bifurcation analysis provided further insight in the major role of these reactions for the reactor stability. One-parameter continuation allowed to identify a temperature range where a single, unstable solution exists, and where oscillations were actually observed. Multiple unstable states were identified below the upper branch, where the stable (cold) solution is preferred. The role of recombination reactions in determining the width of the unstable region could be captured, and bifurcation analysis showed that, by decreasing their strength, the unstable range was progressively reduced, up to the full disappearance of oscillations. This affected also the oxidation of heavier hydrocarbons, like ethylene. Finally, less dilute conditions were analyzed using propane as fuel: the coupling with heat exchange resulted in multiple Hopf Bifurcations, with the consequent formation of intermediate, stable regions within the instability range in agreement with the experimental observations.

نقش شیمی در احتراق نوسانی هیدروکربن‌ها: یک مطالعه تجربی و نظری

نقاط برجسته * اندازه‌گیری کسر مولی گونه‌ها در طول احتراق نوسانی انجام شد. ایجاد چرخه‌های محدود نیز در شرایط شبه همدما مشاهده می‌شود. ۵ کانال‌های نوترکیبی اصلی در پشت رفتار نوسانی مشاهده شدند. عملیات پایدار فرآیندهای احتراق با دمای پایین، به دلیل وجود انحرافات نامطلوب از شرایط پایدار، یک چالش باز است: در میان آن‌ها، رفتارهای نوسانی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. در این تحقیق، ایجاد چرخه‌های محدود در طول احتراق هیدروکربن‌ها در یک رآکتور به خوبی همزده برای بررسی نقش شیمی در چنین پدیده‌هایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. یک بررسی تجربی اکسیداسیون متان در شرایط رقیق انجام شد، در نتیجه شرایط شبه همدما ایجاد شد و اثرات کینتیک دی‌کوپلینگ از نمونه‌های گرمایی ایجاد شد. تکامل گذرا بخش مولی گونه‌های اصلی برای سطوح رقیق‌سازی مختلف بدست آمد. ۰۲۵)، دمای ورودی (۱۰. نرخ تجزیه و تحلیل تولید و آنالیز حساسیت بر روی یک مدل کینتیک اساسی، امکان شناسایی نقش واکنش‌های نوترکیبی غالب، ابتدا جرقه زدن و سپس انقراض را فراهم می‌کند. آنالیز دوشاخگی، بینش بیشتری را در مورد نقش اصلی این واکنش‌ها برای پایداری رآکتور فراهم کرد. ادامه یک پارامتر اجازه شناسایی بازه دمایی را می‌دهد که در آن یک راه‌حل ناپایدار وجود دارد و در آن نوسانات واقعا مشاهده می‌شوند. چندین حالت ناپایدار زیر شاخه بالایی شناسایی شدند، که در آن راه‌حل پایدار (سرد)ترجیح داده می‌شود. نقش واکنش‌های نوترکیبی در تعیین عرض ناحیه ناپایدار را می توان به دست آورد و تحلیل دوشاخگی نشان داد که با کاهش قدرت آن‌ها، دامنه ناپایدار به تدریج کاهش می‌یابد تا ناپدید شدن کامل نوسانات. این امر بر اکسیداسیون هیدروکربن‌های سنگین‌تر مثل اتیلن نیز تاثیر می‌گذارد. در نهایت، شرایط رقیق کم‌تر با استفاده از پروپان به عنوان سوخت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت: جفت شدگی با تبادل گرما منجر به بیوفونت‌های هوپف متعدد، همراه با تشکیل مناطق پایدار و میانی در محدوده ناپایداری در توافق با مشاهدات تجربی شد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله General Chemical Engineering
  • ترجمه مقاله General Chemical Engineering
  • مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله مهندسی شیمی عمومی
  • مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • ترجمه مقاله Industrial and Manufacturing Engineering
  • مقاله مهندسی صنایع و ساخت
  • ترجمه مقاله مهندسی صنایع و ساخت
  • مقاله General Chemistry
  • ترجمه مقاله General Chemistry
  • مقاله شیمی عمومی
  • ترجمه مقاله شیمی عمومی
  • مقاله Environmental Chemistry
  • ترجمه مقاله Environmental Chemistry
  • مقاله شیمی محیط‌‌ زیست
  • ترجمه مقاله شیمی محیط‌‌ زیست
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.