Role of small addition of liquefied petroleum gas (LPG) on laminar burning velocity of hydrous ethanol
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161227Ключові слова:
hydrous ethanol, liquefied petroleum gas, cylindrical chamber, laminar burning velocity.Анотація
Ethanol is an appropriate substitution for gasoline fuel in spark ignition engines. Ethanol has a high-octane number allowing to use it in the higher compression ratio of the engine. A better understanding of combustion characteristics of ethanol is needed before it is used widely in the spark ignition engine. One of the most important parameters of the replacement fuel is the burning velocity. Therefore, the purpose of the research is to investigate experimentally the effect of the small addition of liquefied petroleum gas (LPG) on the laminar burning velocity of hydrous ethanol. The combustion characteristic of the ethanol and LPG mixture was examined in a cylindrical combustion chamber with a diameter of 10.8 cm and a length of 17 cm. The flame had a spherically expanding shape. Fuel mixture was ignited by sparks inside the cylinder and the flame diameter was measured from the flame image captured by the high-speed camera. The research used two types of ethanol fuel such as anhydrous ethanol and hydrous ethanol containing 0.3 % of water. The percentage of LPG in the fuel mixture was varied from 0 % to 20 %. The results showed that the addition of 10 % LPG in ethanol increases laminar burning velocity. For anhydrous fuels, ethanol burning velocity is higher than for LPG and the highest burning velocity is in ethanol, to which 10 % LPG is added while the lowest is in LPG. Besides, the effect of water content in ethanol fuel causes a decrease in combustion speed significantly. But the addition of LPG up to 10 % makes hydrous ethanol relatively more robust to rising water content due to the combustion reaction is helped by a higher radical concentration in LPG. This is caused by two factors: the partial preheating zone resulted by the hydroxyl group (OH) of ethanol that supplied more heat energy and the high concentration of radicals in LPG that assists the combustion reaction.
Посилання
- Saxena, S., Schneider, S., Aceves, S., Dibble, R. (2012). Wet ethanol in HCCI engines with exhaust heat recovery to improve the energy balance of ethanol fuels. Applied Energy, 98, 448–457. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.04.007
- Li, G., Zhang, Z., You, F., Pan, Z., Zhang, X., Dong, J., Gao, X. (2013). A novel strategy for hydrous-ethanol utilization: Demonstration of a spark-ignition engine fueled with hydrogen-rich fuel from an onboard ethanol/steam reformer. International Journal of Hydrogen Energy, 38 (14), 5936–5948. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.03.008
- Ramesh Kumar, C., Nagarajan, G. (2012). Performance and emission characteristics of a low heat rejection spark ignited engine fuelled with E20. Journal of Mechanical Science and Technology, 26 (4), 1241–1250. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-012-0206-0
- Sasongko, M. N., Wijayanti, W. (2017). Effect of ethanol addition on the performance and exhaust emissions of a spark ignition engine. Journaol f Mechanical Engineering and Sciences, 11 (2), 2734–2742. doi: https://doi.org/10.15282/jmes.11.2.2017.14.0248
- Cracknell, R., Head, B., Remmert, S., Wu, Y., Prakash, A., Luebbers, M. (2013). Laminar burning velocity as a fuel characteristic: Impact on vehicle performance. Internal Combustion Engines: Performance, Fuel Economy and Emissions, 149–156. doi: https://doi.org/10.1533/9781782421849.4.149
- Varea, E., Modica, V., Renou, B., Boukhalfa, A. M. (2013). Pressure effects on laminar burning velocities and Markstein lengths for Isooctane–Ethanol–Air mixtures. Proceedings of the Combustion Institute, 34 (1), 735–744. doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2012.06.072
- Broustail, G., Seers, P., Halter, F., Moréac, G., Mounaim-Rousselle, C. (2011). Experimental determination of laminar burning velocity for butanol and ethanol iso-octane blends. Fuel, 90 (1), 1–6. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.09.021
- Konnov, A. A., Meuwissen, R. J., de Goey, L. P. H. (2011). The temperature dependence of the laminar burning velocity of ethanol flames. Proceedings of the Combustion Institute, 33 (1), 1011–1019. doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.06.143
- Costa, R. C., Sodré, J. R. (2010). Hydrous ethanol vs. gasoline-ethanol blend: Engine performance and emissions. Fuel, 89 (2), 287–293. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.06.017
- Raja Samuel, A., Arasu Valan, A., Sornakumar, T. (2015). Effect of gasoline – ethanol blends on performance and emission characteristics of a single cylinder air cooled motor bike SI engine. Journal of Engineering Science and Technology, 10 (12), 1540–1552. Available at: http://jestec.taylors.edu.my/Vol%2010%20Issue%2012%20December%202015/Volume%20(10)%20Issue%20(12)%201540-1552.pdf
- Breaux, B. B., Acharya, S. (2013). The effect of elevated water content on swirl-stabilized ethanol/air flames. Fuel, 105, 90–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.07.051
- Bradley, D., Lawes, M., Liao, S., Saat, A. (2014). Laminar mass burning and entrainment velocities and flame instabilities of i-octane, ethanol and hydrous ethanol/air aerosols. Combustion and Flame, 161 (6), 1620–1632. doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2013.12.011
- Liao, S. Y., Jiang, D. M., Huang, Z. H., Zeng, K., Cheng, Q. (2007). Determination of the laminar burning velocities for mixtures of ethanol and air at elevated temperatures. Applied Thermal Engineering, 27 (2-3), 374–380. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.07.026
- Suarta, I. M., Wardana, I. N. G., Hamidi, N., Wijayanti, W. (2016). The Role of Hydrogen Bonding on Laminar Burning Velocity of Hydrous and Anhydrous Ethanol Fuel with Small Addition of n-Heptane. Journal of Combustion, 2016, 1–8. doi: https://doi.org/10.1155/2016/9093428
- Al-lwayzy Saddam, Yusaf, T. (2015). Combustion of Microalgae Oil and Ethanol Blended with Diesel Fuel. Energies, 8 (12), 13985–13995. doi: https://doi.org/10.3390/en81212409
- Waluyo, B., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., Sasongko, M. N. (2018). The role of molecule cluster on the azeotrope and boiling points of isooctane-ethanol blend. Fuel, 215, 178–186. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.10.103
- Liao, S. Y., Jiang, D. M., Gao, J., Huang, Z. H., Cheng, Q. (2004). Measurements of Markstein numbers and laminar burning velocities for liquefied petroleum gas–air mixtures. Fuel, 83 (10), 1281–1288. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2003.12.013
- Tian, G., Daniel, R., Li, H., Xu, H., Shuai, S., Richards, P. (2010). Laminar Burning Velocities of 2,5-Dimethylfuran Compared with Ethanol and Gasoline. Energy & Fuels, 24 (7), 3898–3905. doi: https://doi.org/10.1021/ef100452c
- Razus, D., Oancea, D., Brinzea, V., Mitu, M., Munteanu, V. (2007). Experimental and computational study of flame propagation in propane-, n-butane- and liquefied petroleum gas-air mixtures. Third European Combustion Meeting. Chania.
- Ebbing, D. D., Gammon, S. D. (2009). General Chemistry. New York: Houghton Mifflin, 1030.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Mega Nur Sasongko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.