Laminar flame speed of fuel mixtures applied to spark ignition internal combustion engines

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Main Author: Monteiro, João Otávio Dourado
Publication Date: 2015
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositório Institucional da UFSC
Download full: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/169283
Summary: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.
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Here, the laminar flame speeds of ethanol, iso-octane, n-heptane, gasoline, gasoline with 27% ethanol in volume, two surrogates for the gasoline and the gasoline with ethanol, in mixture with dry air were measured at 100 kPa, temperature range from 298 K to 408 K, and equivalence ratio from 0.6 to 1.4. The measurements were made in a constant volume reactor equipped with a high-speed camera (10000 FPS), for the visualization of the spherically expanding flame front propagation using the Schlieren method. Unstretched laminar flame speed was obtained through extrapolation using a linear relation between flame stretch rate and flame propagation velocity. The effect of temperature on flame speed was evidenced and two empirical equations were curve fitted to the measurements relating the flame speed to the equivalence ratio. A global equation to calculate laminar flame speed as a function of equivalence ratio and temperature was also curve-fitted for each fuel. The results agree with values found in the literature for the pure substances within 10 %. The temperature dependence parameter is also in good agreement with the literature within an error band of 10 % of the measurement. The deviation from the curve-fitted equations and the measurements is smaller than 4%. The surrogate proposed also represented with great accuracy the laminar flame speed of the gasoline and the gasoline with ethanol addition, with a maximum difference of 2 %.<br>A velocidade de chama laminar é uma característica físico-química da combustão de misturas contendo oxidante e combustível pré-misturados. É um parâmetro utilizado no projeto e análise de sistemas de combustão, como motores e turbinas a gás, nas análises de risco, como em acidentes envolvendo gases, e como parâmetro global para o desenvolvimento de modelos de cinética química de combustão. Nesse trabalho, a velocidade de chama laminar foi medida para os seguintes combustíveis: etanol, iso-octano, n-heptano, gasolina, gasolina com adição de 27% de etanol, e duas misturas que emulam o comportamento (surrogates) da gasolina e da gasolina com adição de etanol. As condições iniciais para os experimentos foram 100 kPa, temperaturas variando de 298 K até 408 K, e razão de equivalência de 0,6 até 1,4. Os experimentos foram realizados em um reator de volume constante, equipado com uma câmera de alta velocidade (10000 FPS) usada para a visualização da propagação da frente de chama no interior do reator com o método Schlieren. A velocidade de chama laminar plana foi obtida através da extrapolação linear da relação entre a velocidade de propagação da chama e a taxa de estiramento. O parâmetro de dependência com a temperatura foi calculado para cada combustível em cada razão de equivalência. Duas curvas de ajuste dos dados experimentais (função polinomial de terceiro grau e exponencial) foram obtidas para relacionar velocidade de chama laminar e razão de equivalência para cada temperatura. Uma equação global para calcular velocidade de chama laminar em função de temperatura e razão de equivalência para cada combustível também foi determinada. O resultados obtidos mostram uma boa concordância com a literatura, com diferenças menores que 10 % para as substâncias puras. O parâmetro de dependência com a temperatura também está em boa concordância com os valores encontrados na literatura dentro da faixa de erro experimental de 10 % do valor medido. O uso da equação global resulta em desvio menor que 4 % para os valores medidos. Os surrogates investigados representam a velocidade de chama laminar da gasolina e da gasolina com adição de etanol dentro de um desvio de máximo de 2 %.150 p.| il., grafs., tabs.engEngenharia mecânicaMotores de combustão internaChama (Combustão)GasolinaÁlcoolLaminar flame speed of fuel mixtures applied to spark ignition internal combustion enginesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL338917.pdfapplication/pdf6278500https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/169283/1/338917.pdfe322df7d608322d2f71861aa013ddadaMD51123456789/1692832016-10-19 10:37:37.509oai:repositorio.ufsc.br:123456789/169283Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732016-10-19T12:37:37Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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