[논문 리뷰] Experimental Autoignition of C4-C6 Saturated and Unsaturated Methyl and Ethyl Esters

Hayet Bennadji, Joffrey Biet외 4명|ArXiv.org|2009. 04. 22.

Advanced Combustion Engine Technologies인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 충격압력관을 이용해 고온(1280–1930 K) 및 고압(7–9.65 atm) 조건에서 C4–C6 포화 및 불포화 메틸 및 에틸 에스터(예: 메틸 크로톤산염, 에틸 아크릴레이트)의 자가ignition 지연시간을 실험적으로 조사한다. 결과적으로 모든 화학스토이키오메트릭 비율에서 지연시간의 상용로그가 온도의 역수에 대해 선형으로 변화하며, 온도가 증가할수록 지연시간이 감소함을 보여주어 에스터 연료의 반응기구 검증을 위한 중요한 고온 데이터베이스를 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 바이오디젤 연소에 관련된 주요 C4–C6 에스터의 자가ignition 지연시간을 측정하기 위해.
• 온도, 압력 및 화학스토이키오메트릭 비율이 포화 및 불포화 에스터의 ignition 행동에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 세부 반응기구 검증을 위한 고온 실험 데이터베이스를 구축하기 위해.
• 연료 구조(사슬 길이 및 불포화도 포함)가 지연시간에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 온도 및 반응물 농도 함수로서의 지연시간에 대한 경험적 상관관계를 제공하기 위해.

제안 방법

• 고온·고압 조건을 확보하기 위해 반사 충격파 뒤에서 충격압력관 실험을 수행하였다.
• 반응성 제어 및 정밀한 지연시간 측정을 위해 연료 혼합물은 아르곤으로 희석되었다.
• 희박한 연소에서 풍부한 연소까지의 범위를 조사하기 위해 화학스토이키오메트릭 비율로 0.25, 0.4, 1.0 및 2.0을 사용하였다.
• 지연시간 측정은 온도 범위 1280–1930 K 및 압력 7–9.65 atm에서 수행되었다.
• Arrhenius 행동 평가를 위해 지연시간의 상용로그를 온도의 역수에 대해 그렸다.
• 온도 및 반응물 농도에 대한 지연시간의 의존성을 기술하는 경험적 상관관계를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C4–C6 메틸 및 에틸 에스터의 자가ignition 지연시간은 온도 및 화학스토이키오메트릭 비율에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 특히 불포화도 및 사슬 길이가 이러한 에스터의 자가ignition 행동에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 다양한 연료-산화제 비율에서 지연시간의 상용로그는 온도의 역수에 대해 어떻게 변화하는가?
• RQ4 실험 데이터가 어느 정도 Arrhenius 유형의 관계를 따르는가?
• RQ5 측정된 데이터는 고온에서의 에스터 연료 반응기구 검증 및 개선에 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 모든 화학스토이키오메트릭 비율에서 지연시간의 상용로그는 온도의 역수에 대해 선형으로 변화하여 일관된 Arrhenius 행동을 나타낸다.
• 온도가 증가함에 따라 지연시간이 감소하였으며, 1280 K에서 약 1.2 ms에서 1930 K에서 0.15 ms로 감소하였다.
• 포화(예: 에틸 부티레이트) 및 불포화 에스터(예: 메틸 아크릴레이트)를 포함한 다양한 연료 유형 간에 측정된 지연시간이 일관성을 보였다.
• 경험적 상관관계는 온도 및 반응물 농도에 대한 지연시간 의존성을 성공적으로 기술하였다.
• 이 데이터셋은 넓은 조건 범위(T = 1280–1930 K, P = 7–9.65 atm, Φ = 0.25–2.0)를 포함하여 정교한 반응기구 모델 검증이 가능하게 하였다.
• 결과는 바이오디젤 관련 에스터의 고온 산화 메커니즘에 대한 중요한 기준을 제공한다.