22:22 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Oamenii de știință cercetează sursa apariției stocastice a super-detonării în motoarele care funcționează cu combustibili cu hidrogen/metan
_ Oamenii de știință cercetează sursa de apariție stocastică a super-detonații în motoarele care funcționează cu combustibili hidrogen/metan
Într-un studiu publicat în Combustion and Flame, cercetătorii au investigat impactul chimiei reacțiilor non-termice asupra propagării fronturilor de ardere pentru un H2 -Amestec de combustibil CH4 care arde în aer într-un domeniu mărginit, reprezentând un cilindru idealizat al motorului.
Lucrările anterioare au arătat că în unele medii de ardere, recombinarea radical-radical H + CH3 și H + OH și H + + Reacțiile de asociere radical O2-moleculă pot forma intermediari în stare excitată cu durată lungă de viață (cum ar fi CH4*, H2O*, HO2*) care pot suferi reacții ulterioare cu H, O, OH și O2 înainte de a fi supuși stabilizării prin coliziune (la CH4, H2O, HO2).
Echipa internațională condusă de Sandia National Laboratories a inclus reacții „termoleculare” non-termale în model, studiind parțial iculare efectele unor astfel de reacții de recombinare radical-radical și de asociere radical-moleculă. Echipa a folosit codul de simulare numerică directă (DNS) S3D, cu rezoluție spațială de 1 micrometru, arătând că includerea chimiei reacțiilor netermalizate influențează fluxurile de reacție chimică în timpul arderii H2-CH4 la presiune înaltă și tranziția fronturilor de deflagrație la presiune înaltă. , fronturi de detonare cu mișcare rapidă.
Pe de altă parte, includerea analizei în mod exploziv chimic (CEMA), un instrument computațional fiabil de diagnosticare a flăcării pentru a detecta în mod sistematic speciile importante și reacțiile formate în timpul arderii, a indicat că, indiferent de prezența reactivității non-termice, temperatura și concentrația de oxigen rămân cele mai dominante două variabile care afectează formarea detonației în amestecurile H2/CH4-aer în condiții relevante pentru motor.
Cercetătorii notează că această observație specială ar putea modificarea cu diferite rapoarte de amestec H2/CH4. Modelul propus de cercetători apare în imaginea de mai sus. În primul rând, o flacără declanșată de scânteie se propagă spre exterior cu viteza Sf însoțită de o undă de presiune care se deplasează cu viteza a, unde a este mult mai mare decât Sf (a >> Sf). Fără reacții termoleculare, gazul nearse din apropierea peretelui cilindrului se aprinde spontan înainte de a fi consumat de flacăra declanșată de scânteie.
Ulterior, frontul de aprindere emergent se propagă spre exterior cu viteza „SSp”, astfel încât rămâne decuplat de undă de presiune (SSp >> a), ducând astfel la formarea unui detonare normal. Cu toate acestea, în prezența reacțiilor termoleculare, coalescența dintre frontul de flacără declanșat de scânteie și unda de presiune are loc cu „a” fiind aproximativ la fel de mare ca Sf. Sincronizarea perfectă între unda de presiune și frontul de flacără declanșat de scânteie are ca rezultat tranziția de la deflagrare la detonare, adică super-detonare fără nicio aprindere spontană în gazul final nears. Cercetătorii propun că chimia reacției lor non-termice trebuie să fie inclusă atunci când se modelează arderea amestecurilor de H2-CH4 pentru a prezice cu exactitate aspecte importante ale comportamentului flăcării.
Motoarele cu combustie internă turbo cu deplasare mică pot suferi „detonații”. „fără a suferi daune de durată. Ciocnirea se produce atunci când combustibilul se aprinde mai devreme decât era de așteptat. Mult mai dăunător este „super-knock”. Spre deosebire de ciocănirea normală, super-detonația este cauzată de o undă de detonare din cauza unei bucle de feedback între degajarea de căldură asociată cu flacăra și presiunea din interiorul cilindrului unui motor.
Un combustibil alternativ, hidrogenul, prezintă un risc mai mare. de super-detonare decât alți combustibili din cauza modurilor în care motoarele trebuie să funcționeze pentru a funcționa eficient cu hidrogen. O soluție o reprezintă combustibilii formați dintr-un amestec de hidrogen și metan. Adăugarea de metan la combustibilul cu hidrogen poate ușura arderea și poate reduce anumite tipuri de emisii. Arderea în motoare este extrem de complexă, așa că cercetătorii trebuie să studieze reacțiile combustibilului hidrogen/metan pentru a ajuta la proiectarea motorului.
Folosirea amestecurilor de hidrogen și metan ca combustibili în motoarele cu ardere internă este una dintre cele mai promițătoare strategii pentru reducerea emisiilor de dioxid de carbon. O preocupare la arderea acestor combustibili în motoarele cu aprindere prin scânteie este trecerea de la un mecanism „dezirabil” de ardere la formarea unei undă de detonare. În cazul arderii dorite, unda de ardere a combustibilului (numită deflagrație) se propagă departe de sursa de aprindere prin scânteie.
În condiții greșite, această ardere poate duce în schimb la formarea unei undă de detonare. Acest val consumă rapid tot combustibilul și are ca rezultat un vârf puternic de presiune numit super-detonare în motoare. Pentru a evita super-detonarea, oamenii de știință au studiat cauzele trecerii de la deflagrație la detonare. Această cercetare va ajuta la deschiderea drumului către utilizarea unor alternative viabile la combustibilii fosili în motoarele cu ardere internă.
Comentarii:
Adauga Comentariu