combustão de substitutos de combustíveis / biocombustíveis: uma avaliação cinética química de modelos detalhados de cinética para n-dodecano e metil oleato.

Abstract

O presente artigo fornece uma avaliação numérica da combustão de duas espécies químicas amplamente utilizadas como combustíveis substitutos para óleo Diesel e biodiesel, isto é, n-dodecano e metil oleato. Os dados experimentais para a oxidação do n-dodecano incluem: tempos de atraso de ignição em tubo de choque de alta pressão em condições semelhantes às de motor; medições da velocidade de chama laminar com temperaturas de pré-aquecimento de 400, 403 e 470 K, pressões de 1 a 3 atm e razões de equivalência de 0,7 a 1,5; e perfis de espécies em reator agitado por jato a 1 atm, temperatura variando de 600 a 1100 K e razões de equivalência de 0,5, 1,0 e 1,5. Para o metil oleato, os dados experimentais são escassos, limitados a experimentos em tubo de choque em altas temperaturas (acima de 1100 K) em condições ricas em combustível, e perfis de espécies em reator agitado por jato, para mistura estequiométrica atmosférica variando de 450 a 1050 K. A modelagem numérica foi realizada no Cantera-Python 3.1.0, empregando modelos de cinética química da literatura, bem como um mecanismo (CRECK) previamente publicado por nosso grupo de pesquisa. Para o n-dodecano, os resultados de tempo de atraso de ignição mostraram que o mecanismo CRECK apresenta boa concordância com os dados experimentais e o modelo da literatura, embora preveja atrasos de ignição mais longos na transição para a química de alta temperatura. Nos perfis de espécies, o mecanismo CRECK apresentou melhor desempenho em condições estequiométricas e ricas em combustível, especialmente na captura da formação de intermediários como o etileno. Para o metil oleato, o mecanismo CRECK prevê atrasos de ignição mais longos, ao mesmo tempo em que calcula adequadamente os intermediários no reator agitado por jato. De modo geral, o presente estudo destaca a necessidade de mais investigações experimentais de espécies de biocombustíveis, como os ésteres metílicos de ácidos graxos.

The present paper provides numerical assessment of the combustion of two chemical species widely used as surrogate fuels for Diesel oil and biodiesel, i.e. n-dodecane and methyl oleate. Experimental data for n-dodecane oxidation includes: ignition delay times from high-pressure shock tube at engine-like conditions; laminar flame speed measurements with preheating temperatures of 400, 403 and 470 K, pressures from 1 to 3 atm and equivalence ratios from 0.7 to 1.5; and species profiles in jet stirred reactor at 1 atm, temperature ranging from 600 to 1100 K, and equivalence ratios of 0.5, 1.0, and 1.5. For methyl oleate, experimental data is scarce, limited to high temperature (above 1100 K) shock tube experiments at fuel rich conditions, and species profiles in jet stirred reactor, for atmospheric, stoichiometric mixture ranging from 450 to 1050 K. Numerical modeling was carried out in Cantera-Python 3.1.0 employing chemical kinetics models from literature as well as a mechanism (CRECK) previously published by our research group. For n dodecane, ignition delay time results showed that the CRECK mechanism shows good agreement with experimental data and literature model, though it predicts longer ignition delays in the transition to high temperature chemistry. For species profiles, CRECK mechanism performed better at stoichiometric and fuel rich conditions, especially in capturing formation of intermediates such as ethylene. For methyl oleate, the CRECK mechanism predicts longer ignition delays, while adequately computing the intermediates in jet stirred reactor. Overall, the present study highlights the need for further experimental studies of biofuels species such as fatty acid methyl esters