Undersøkelse av reaksjonsmekanismer for OMEbrennstoff for bruk til implementering i 3D-CFD simulering av forbrenning

Abstract

Oxymetylene etere (OME) er brennstoff som brenner så og si uten utslipp av sot. Disse syntetisk skapte brennstoffene kan spille en viktig rolle i diesel miksen en dag, og kanskje til og med et surrogat for diesel. Brennstoffet er enda i utviklingsstadium, og inntil nylig hadde det ikke blitt utført undersøkelser av den kjemiske kinetikken til de tyngre OMEene. Opptil publiseringen av denne masteroppgaven var det fem kjemiske mekanismer for OME3 som hadde blitt publisert, der tre av de var utgitt i 2019. Denne oppgaven skal sammenligne de tilgjengelige kjemiske mekanismene mot reaksjonskinetiske eksperiment ved bruk av det 0D/1D simulasjons-programvaren, DARS. De samme kjemiske mekanismene blir s˚a implementert i en 3D-CFD forbrenningsimulasjon ved bruk av den detaljerte kjemi forbrenningsmodellen i STAR-CD. De kjemiske mekanismene vil så bli evaluert for˚a se om de er utviklet nok til å gi en nøyaktig fremstiling av en real forbrenningsprosess av OME3 som brennstoff. Den første kjemiske mekanismen som ble utgitt, Sun2016 (utgutt i 2016), hadde dårlig overensstemmelse mellom simulering av tenningsforsinkelse og eksperiment. Simulasjonen av HCCI forbrenning, også utført i DARS, viste også dårlig overenstemmelse med eksperiment. De tre andre mekansimene som ble undersøkt viste tilstrekkelig samsvar mellom eksperiment og simulasjoner utført i DARS. Selv om Lin2019 mekanismen viste noenlunde lovende resultater under 0D og 1D simuleringene, divergerte den under injeksjonen i 3D-CFD forbenningsimulasjonen. 3D-CFD simulasjonen forbrenningssimulasjonen av OME3 utført ved bruk av Sun2016 mekanismen fremviste dårlige resultat med tanke på både beregningstid og realistiske resultat, sammenlignet med Ren2019 og Huang2019 mekanismene. Ren2019 og Huang2019 mekanismene fremviste imildertid urealistiske representasjoner av forbrenningen av OME3 som brennstoff. Sun2016 og Huang2019 mekanismene gav heller ikke en nøyaktig fremstilling av forbrenningen av OME1 i sammenligning med eksperimentell data. Ren2019 mekanismen tente ikke, og Lin2019 mekanismen inneholdt ikke OME1. ECFM-3Z forbrenningsmodellen viste en mer realistiske resultat, og derfor er den anbefalt fremfor den ”detaljerte kjemi” forbrenningsmodellen for simulering av forbrenningen av OME1. OME3 mekanismene som ble evaluert i denne oppgaven er ikke utviklet nok til å gi en realistisk fremstilling av forbrenningen av OME3. Dette må riktignok bekreftes ved å utføre motor tester der OME3 bli brukt som brennstoff. OME3 mekanismene klarte heller ikke å gi en fysisk nøyaktig fremstilling av forbrenningen av OME1.