[論文レビュー] Experimental Autoignition of C4-C6 Saturated and Unsaturated Methyl and Ethyl Esters

Hayet Bennadji, Joffrey Biet+4 more|ArXiv.org|Apr 22, 2009

Advanced Combustion Engine Technologies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、ショックチューブを用いて高温（1280–1930 K）および高圧（7–9.65 atm）条件下で、C4–C6炭素鎖に飽和および不飽和置換基を持つメチルおよびエチルエステル（例：メチルクロートネート、エチルアクリレート）の自己着火遅れ時間を実験的に調査した。結果として、全等価比範囲で自己着火遅れ時間の対数が逆温度に線形に依存することが示され、温度が上昇するにつれて遅れ時間が短くなることが確認された。これは、エステル燃料の反応メカニズムを検証するための重要な高温域データベースを提供する。

ABSTRACT

Autoignition delay times, ?, of methyl crotonate, methyl acrylate, ethyl butanoate, ethyl crotonate, and ethyl acrylate were studied in shock tube experiments. A series of mixtures diluted with argon, of varying fuel/oxygen equivalence ratios (?=0.25, 0.4, 1.0, and 2.0), were measured behind reflected shock waves over the temperature range of 1280-1930 K, pressure range of 7-9.65 atm, during which the logarithm of ? varies linearly as a function of the inverse temperature for all equivalence ratios. The ignition delay time decreases as temperature rises. The dependence of ? on temperature, and reactant concentrations is given in an empirical correlation. The results provide a database for the validation of small saturated and unsaturated esters kinetic mechanisms at elevated temperatures and pressure combustion.

研究の動機と目的

• バイオディーゼル燃焼に関連する主要なC4–C6エステルの自己着火遅れ時間を測定すること。
• 温度、圧力、等価比が飽和および不飽和エステルの着火挙動に及ぼす影響を調査すること。
• 詳細な反応メカニズムの検証を目的とした、高温域の実験データベースを構築すること。
• 鎖長および不飽和度を含む燃料構造の影響を、自己着火遅れに及ぼすものとして検討すること。
• 温度および反応物濃度の関数としての自己着火遅れの経験的相関式を提供すること。

提案手法

• 高圧・高温状態を達成するため、反射波の背後にショックチューブ実験を実施した。
• 反応性を制御し、正確な遅れ時間測定を可能にするために、燃料混合物をアルゴンで希釈した。
• リーンからリッチな燃焼領域をカバーするため、等価比0.25、0.4、1.0、2.0を用いた。
• 自己着火遅れ時間を1280–1930 Kの温度範囲および7–9.65 atmの圧力範囲で測定した。
• アレニウス則の適合性を評価するため、自己着火遅れ時間の対数を逆温度に対してプロットした。
• 温度および反応物濃度に依存する自己着火遅れの経験的相関式を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C4–C6メチルおよびエチルエステルの自己着火遅れ時間は、温度および等価比にどのように依存するか？
• RQ2 分子構造（特に飽和性および鎖長）は、これらのエステルの自己着火挙動にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる燃料・酸化剤比において、自己着火遅れ時間の対数は逆温度にどのように変化するか？
• RQ4 実験データはどの程度アレニウス則に従うか？
• RQ5 測定されたデータは、高温域におけるエステル燃料の既存の反応メカニズムの検証および精緻化に利用可能か？

主な発見

• 全等価比範囲で、自己着火遅れ時間の対数が逆温度に対して線形に変化し、一貫したアレニウス則の挙動を示した。
• 温度が上昇するにつれて自己着火遅れ時間が短くなり、1280 Kでは約1.2 ms、1930 Kでは0.15 msにまで短縮された。
• 飽和エステル（例：エチルブタン酸エステル）および不飽和エステル（例：メチルアクリル酸エステル）の両方において、測定された遅れ時間に一貫性が見られた。
• 経験的相関式は、温度および反応物濃度に依存する自己着火遅れの依存関係を的確に捉えた。
• 本データセットは広範な条件（T = 1280–1930 K、P = 7–9.65 atm、Φ = 0.25–2.0）をカバーしており、反応メカニズムモデルの強固な検証を可能にした。
• 本研究の結果は、バイオディーゼル関連エステルの高温酸化機構の重要なベンチマークを提供する。