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The role of composition in the combustion of n-heptane/iso-butanol mixtures: experiments and detailed modelling
Combustion Theory and Modelling ( IF 1.3 ) Pub Date : 2020-08-17 , DOI: 10.1080/13647830.2020.1800823
Alireza Dalili 1 , Jordan D. Brunson 1 , Songtao Guo 1 , Massimiliano Turello 2 , Fabio Pizzetti 2 , Lucia Badiali 2 , Charles T. Avedisian 1 , Kalyanasundaram Seshadri 2 , Alberto Cuoci 3 , Forman A. Williams 2 , Alessio Frassoldati 3 , Michael C. Hicks 4
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Experimental data and detailed numerical modelling are presented on the burning characteristics of a model gasoline/biofuel mixture consisting of n-heptane and iso-butanol. A droplet burning in an environment that minimises the influence of buoyant and forced convective flows in the standard atmosphere is used to promote one-dimensional gas transport to facilitate numerical modelling of the droplet burning process. The numerical model includes a detailed combustion kinetic mechanism, unsteady gas and liquid transport, multicomponent diffusion inside the droplet, variable properties, and non-luminous radiative heat transfer from the flame. The numerical simulation was validated by experimental measurements in the standard atmosphere which showed good agreement with the evolutions of droplet and flame diameters. The iso-butanol concentration had a strong effect on formation of particulates. Above ~20% (volume) iso-butanol, flame luminosity was significantly diminished anddecreased with increasing iso-butanol concentration, while CO2 emissions as a representative greenhouse gas were not strongly influenced by the iso-butanol loading. The soot shell was located near a 1350 K isotherm for concentrations up to 20% (volume) iso-butanol, suggesting this value as a possible soot inception temperature for the mixture droplet. The combustion rate decreased with increasing iso-butanol concentration which was attributed to iso-butanol's higher liquid density. No evidence of a low temperature burning regime, or of extinction, was found (in experiments and simulations) for the small droplet sizes investigated.

中文翻译:

成分在正庚烷/异丁醇混合物燃烧中的作用:实验和详细建模

介绍了由正庚烷和异丁醇组成的模型汽油/生物燃料混合物的燃烧特性的实验数据和详细的数值模型。在最小化标准大气中浮力和强制对流影响的环境中的液滴燃烧用于促进一维气体传输,以促进液滴燃烧过程的数值模拟。数值模型包括详细的燃烧动力学机制、不稳定的气体和液体传输、液滴内部的多组分扩散、可变属性以及火焰的非发光辐射传热。数值模拟通过在标准大气中的实验测量得到验证,表明与液滴和火焰直径的演变非常吻合。异丁醇浓度对微粒的形成有很强的影响。超过~20%(体积)的异丁醇,火焰亮度随着异丁醇浓度的增加而显着降低和降低,而作为代表性温室气体的 CO2 排放不受异丁醇负载的强烈影响。对于浓度高达 20%(体积)的异丁醇,烟灰壳位于 1350 K 等温线附近,表明该值可能是混合物液滴的烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。超过~20%(体积)的异丁醇,火焰亮度随着异丁醇浓度的增加而显着降低和降低,而作为代表性温室气体的 CO2 排放不受异丁醇负载的强烈影响。对于浓度高达 20%(体积)的异丁醇,烟灰壳位于 1350 K 等温线附近,表明该值可能是混合物液滴的烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。超过~20%(体积)的异丁醇,火焰亮度随着异丁醇浓度的增加而显着降低和降低,而作为代表性温室气体的 CO2 排放不受异丁醇负载的强烈影响。对于浓度高达 20%(体积)的异丁醇,烟灰壳位于 1350 K 等温线附近,表明该值可能是混合物液滴的烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。而作为代表性温室气体的 CO2 排放不受异丁醇负载的强烈影响。对于浓度高达 20%(体积)的异丁醇,烟灰壳位于 1350 K 等温线附近,表明该值可能是混合物液滴的烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。而作为代表性温室气体的 CO2 排放不受异丁醇负载的强烈影响。对于浓度高达 20%(体积)的异丁醇,烟灰壳位于 1350 K 等温线附近,表明该值可能是混合物液滴的烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。建议将此值作为混合物液滴的可能烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。建议将此值作为混合物液滴的可能烟灰起始温度。燃烧速率随着异丁醇浓度的增加而降低,这归因于异丁醇的较高液体密度。对于所研究的小液滴尺寸,没有发现(在实验和模拟中)低温燃烧状态或灭绝的证据。
更新日期:2020-08-17
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