Stochastic Reactor Model Aiding Experimental HCCI Engine Operating on Surrogate Bio-Producer Gas

David Emberson , Terese Lovas , Mateusz Szczeciński , Paweł Mazuro

Abstract

A stochastic reactor model has been employed to aid the development of a new highly efficient and compact opposing piston, barrel engine. It is desirable to utilize the engine across a broad range of applications and the designers have identified the use of low calorific value fuels derived from low grade biomass gasification in HCCI mode as one possible end use. Biogas from solid fuel gasification can vary largely in composition of main components depending on feedstock and gasification method. Hence, in order to address the engines applicability to run on biogas in general terms, identifying a simple two-component surrogate fuel which can be varied under testing is of great importance. A stochastic reactor model in the form of a commercially available software, LOGEsoft, has been used to examine suitable surrogate gas mixtures which could be used to best simulate the biogas during initial engine testing and development. A sample biogas was simulated using the HCCI SRM module in the software using a chemical kinetic mechanism combining the GRI.mech 3.0 and Golovichev’s mechanisms. Surrogate gas mixtures comprising of propane, carbon dioxide and heptane (vapor) were then investigated numerically until a suitable composition was found which behaved similar to the biogas mixture in the HCCI simulation. Combustion pressure, heat release rate and OH mole fraction were used as the variables and properties to compare between the cases examined. The output of the SRM supplied the engine designers with a surrogate gas composition to experiment with that best matched the biogas mixture as well as some initial engine parameters such as compression ratio, initial gas temperature and pressure. Whilst not offering the insight into the complex flow fields that a full 3D model may provide, the SRM proved to be an ideal computational in-expensive tool to rapidly examine the impact of fueling on heat release and ignition in a HCCI engine while still accounting for important effects of mixing and inhomogeneities known to be crucial for HCCI combustion
Author David Emberson
David Emberson,,
-
, Terese Lovas
Terese Lovas,,
-
, Mateusz Szczeciński ITC
Mateusz Szczeciński,,
- The Institute of Heat Engineering
, Paweł Mazuro ITC
Paweł Mazuro,,
- The Institute of Heat Engineering
Journal seriesSAE Technical Papers, ISSN 0148-7191
Issue year2016
Pages2016-01-2296
Publication size in sheets0.3
Keywords in PolishBiogaz, silnik rewolwerowy, spalanie HCCI, paliwo zastępcze
Keywords in EnglishBiogas, barrel engine, HCCI combustion, surrogate fuel
Abstract in PolishStworzono stochastyczny model reaktora by wspomóc rozwój nowego wysokosprawnego i kompaktowego silnika beczkowego o tłokach przeciwbieżnych. Jest pożądanym, aby silnik tego typu wykorzystać w szerokim zakresie aplikacji – projektanci zidentyfikowali stosowanie paliw o niskiej wartości opałowej pochodzących z gazyfikacji niskiej jakości biomasy przy spalaniu HCCI jako potencjalną możliwość. Skład biogazu pochodzącego z gazyfikacji może się znacznie zmieniać w zależności od substratów i sposobu gazyfikacji. Dlatego też, w celu uwzględnienia możliwości zastosowania biogazu zidentyfikowanie prostego dwuskładnikowego paliwo zastępczego, którego skład można by zmieniać podczas testów, ma ogromne znaczenie. Stochastyczny model reaktora dostępny w komercyjnym oprogramowaniu LOGEsoft został użyty w celu zidentyfikowania potencjalnych zastępczych mieszanin gazowych, które mogłyby być wykorzystane podczas pierwszych badań silnika i jego rozwoju. Przykładowy biogaz został zasymulowany używając modułu HCCI SRM z wykorzystaniem połączonego mechanizmu GRImech 3.0 oraz Golovicheva. Zastępcza mieszanina gazowa zawierająca propan, dwutlenek węgla oraz pary heptanu były następnie badane numerycznie dopóki nie znaleziono takiego składu, który zachowywałby się podobnie do analizowanego biogazu podczas spalania HCCI. Zmiennymi porównawczymi były ciśnienie spalania, szybkość wydzielania ciepła oraz stężenie molowe frakcji OH. Wyniki SRM pozwoliły na uzyskanie składu zastępczego paliwa, który najlepiej odpowiadał spalaniu mieszaniny biogazu oraz na pewne dodatkowe parametry silnika takie jak stopień sprężania oraz początkową temperaturę i ciśnienie mieszanki. Choć model SRM nie oferuje wglądu w złożone pola przepływu które może zapewnić tylko model trójwymiarowy, to okazał się być idealnym, mało kosztownym numerycznie narzędziem do szybkiego testowania wpływu paliwa na wydzielanie ciepła oraz zapłon w silniku HCCI, jednocześnie biorącym pod uwagę efekty mieszania oraz niejednorodności o których wiadomo, że są istotne dla spalania HCCI
DOIDOI:10.4271/2016-01-2296
URL http://papers.sae.org/2016-01-2296
Languageen angielski
Score (nominal)0
ScoreMinisterial score = 0.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 0.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal - za mała objętość w arkuszach wydawniczych: 0.3
Citation count*0
Cite
Share Share

Get link to the record
msginfo.png


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back