Una "llama fría" puede sonar contradictoria, pero es un elemento importante de la combustión de diesel, uno que, una vez entendido correctamente, podría permitir mejores diseños de motores con mayor eficiencia y menos emisiones. El ingeniero mecánico de Sandia National Laboratories Jackie Chen y sus colegas AlexKrisman y Giulio Borghesi identificaron recientemente un comportamiento novedoso de una característica clave y dependiente de la temperatura del proceso de ignición llamada llama fría en el dimetiléter de combustible.
El adjetivo frío es relativo: la llama fría arde a menos de 1.150 grados Kelvin 1.610 grados Fahrenheit, aproximadamente la mitad de la temperatura de combustión típica de 2.200 grados Kelvin. Mientras que las llamas frías se observaron por primera vez a principios de 1800, sus propiedades yla utilidad para el diseño de motores diesel solo se ha investigado recientemente.
"Estamos tratando de cuantificar la influencia de las llamas frías en los chorros turbulentos estratificados durante los procesos de encendido y estabilización de la llama. Las ideas obtenidas contribuirán a motores de combustión más eficientes y limpios", dijo Chen. "Nuestro santo grial es comprenderla física de la mezcla turbulenta junto con la química de ignición a alta presión, para ayudar a desarrollar modelos predictivos de dinámica de fluidos computacional que puedan usarse para optimizar el diseño del motor ".
La investigación del equipo ha demostrado que durante la autoignición la ignición espontánea del combustible inyectado en un motor de combustión, las llamas frías aceleran la formación de granos de ignición, pequeños sitios localizados de alta temperatura que producen una llama totalmente encendida, en combustible.regiones esbeltas. El trabajo se realizó en el Centro de Investigación de Combustión de Sandia utilizando simulaciones numéricas directas, un poderoso experimento numérico que resuelve todas las escalas de turbulencia, y se publicó en el Actas del Instituto de Combustión con Krisman como autor principal. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencias de la Energía Básica del Departamento de Energía DOE.
Borghesi amplió aún más el estudio de llama fría al realizar un estudio tridimensional sobre n-dodecano, un combustible sustituto diésel que ha sido el foco reciente de la Red de combustión del motor de Sandia en la combustión por aspersión en motores diésel el estudio que Krisman realizó con dimetil éter, un combustible más simple, estaba en dos dimensiones. El artículo de Borghesi está pendiente de publicación. En conjunto, los documentos de Krisman y Borghesi formarán un estudio integral de la química a baja temperatura en llamas autoignitivas en diferentes etapas de ignición.
Las llamas frías pueden mejorar el diseño del motor
Los detalles de arranque de un motor a menudo se dan por sentados. A diferencia de un motor de gasolina, en el que la mezcla de combustible y aire se enciende con una bujía, en un motor diesel el combustible debe encenderse automáticamente cuando se inyecta en el caliente, aire comprimido que está en el pistón en la parte superior de la carrera del pistón. A medida que el combustible se inyecta en el cilindro del motor, la mezcla y la combustión rápidas se combinan para quemar el combustible y conducir el motor. Si bien esto dura meras fracciones de segundo, elLas condiciones de la llama que inician este poderoso proceso son cruciales para mejorar la eficiencia del motor y minimizar la formación de contaminación.
Los estudios de llama fría se realizaron en la Instalación de Computación de Liderazgo Oak Ridge del DOE en Titán, una supercomputadora de 27 petaflop, utilizando una subvención computacional del DOE INCITE, o Impacto computacional innovador y novedoso en teoría y experimento.Se requieren supercomputadoras más grandes, como Titan, para producir un cálculo preciso y detallado del proceso de autoignición.
"Los procesos de combustión son difíciles de estudiar porque el combustible en sí mismo es bastante complicado", dijo Borghesi. "La química de la oxidación del combustible consiste en cientos de especies y miles de reacciones químicas. Una simulación realista de la combustión de diesel necesita capturar esta química compleja con precisión enun modelo general que incluye mezcla turbulenta y transferencia de calor "
Como parte del Programa de Computación Exascale del DOE, el equipo colabora con instituciones externas incluyendo NVIDIA; laboratorios nacionales Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Argonne y Los Alamos; el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y la Universidad de Stanford para desarrollar algoritmos portátiles de rendimiento paraMejorar la eficiencia informática para los estudios de combustión de simulación numérica directa.
El enfoque del equipo se centra en la velocidad, la estructura de las llamas en los motores diesel
En el futuro, al equipo le gustaría investigar preguntas básicas sobre la velocidad y la estructura de las llamas en condiciones de motor diesel y estudiar la relación entre los procesos de evaporación por aspersión, ignición, mezcla y hollín asociados con combustibles multicomponentes. Estas preguntas básicas contribuirán aestudiar el papel crucial de la llama fría en la producción de energía del motor y ejercitar las valiosas capacidades de las simulaciones numéricas directas que se ejecutan en supercomputadoras exascale como un método de simulación numérica altamente preciso y detallado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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