Αξιολόγηση και βελτιστοποίηση μηχανισμών χημικής κινητικής καύσης μεθανίου για συνθήκες ναυτικών κινητήρων

Περδικάρης, Φοίβος; Perdikaris, Foivos

dc.contributor.author	Περδικάρης, Φοίβος	el
dc.contributor.author	Perdikaris, Foivos	en
dc.date.accessioned	2017-10-27T10:17:44Z
dc.date.available	2017-10-27T10:17:44Z
dc.date.issued	2017-10-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45830
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14787
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Καύση	el
dc.subject	Μεθάνιο	el
dc.subject	Χημική κινητική καύση	el
dc.subject	Κινητική καύση	el
dc.subject	Μηχανισμοί χημικής κινητικής καύσης	el
dc.subject	Combustion	en
dc.subject	Methane	el
dc.subject	Chemical kinetics combustion	el
dc.subject	Kinetics	el
dc.subject	Mechanisms of chemical kinetics combustion	el
dc.title	Αξιολόγηση και βελτιστοποίηση μηχανισμών χημικής κινητικής καύσης μεθανίου για συνθήκες ναυτικών κινητήρων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ναυτική μηχανολογία	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3d257f31491bff09371cddeac5c6626dc154db39
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-20
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την αξιολόγηση και βελτιστοποίηση μηχανισμών χημικής κινητικής για την καύση μεθανίου (CH4), τόσο σε αέρα όσο και σε οξυγόνο. Ειδικότερα, στο πρώτο τμήμα της παρούσας μελέτης, υλοποιείται η αξιολόγηση τριών λεπτομερών μηχανισμών χημικής κινητικής αναφορικά με την καύση μεθανίου, με σκοπό την ανάδειξη του καλύτερου, με κριτήριο την ακριβή αναπαραγωγή έμμεσων πειραματικών δεδομένων. Ο όρος έμμεσα πειραματικά δεδομένα αντιστοιχεί σε τιμές της στρωτής ταχύτητας φλόγας προανάμιξης, της καθυστέρησης έναυσης σε ομογενές μίγμα δεδομένων αρχικών συνθηκών, καθώς και σε τιμές των συγκεντρώσεων των χημικών ενώσεων συναρτήσει της θερμοκρασίας σε αντιδραστήρα πλήρους ανάμιξης. Τα πειραματικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν επιλέχθηκαν από μια πληθώρα δεδομένων της βιβλιογραφίας, για ένα σημαντικό εύρος τιμών θερμοκρασίας, πίεσης και λόγου ισοδυναμίας καυσίμου-αέρα. Ακολούθως, αξιολογήθηκαν οι τρεις θεωρούμενοι μηχανισμοί για τις τρεις ως άνω εφαρμογές, στο πλαίσιο υπολογιστικών προσομοιώσεων με χρήση του κώδικα CHEMKIN. Από τη συνολική σύγκριση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων με τα πειραματικά δεδομένα προκρίθηκε ο ένας εκ των τριών μηχανισμών ως ο συνολικά ακριβέστερος. Στο δεύτερο τμήμα της παρούσας μελέτης, βελτιστοποιείται μηχανισμός μειωμένης τάξης. Προς τον σκοπό αυτόν, γίνονται κατά σειρά τα ακόλουθα: (i) ανάλυση ευαισθησίας (sensitivity analysis), (ii) ανάλυση αβεβαιότητας (uncertainty analysis), και (iii) διατύπωση ενός προβλήματος βελτιστοποίησης του μηχανισμού μειωμένης τάξης (κάνοντας χρήση των αποτελεσμάτων των βημάτων (i) και (ii)), και επίλυσή του. Στο πλαίσιο της ανάλυσης ευαισθησίας, αξιολογείται ένας αριθμός λεπτομερών μηχανισμών καύσης μεθανίου, και προκύπτουν ουσιαστικά συμπεράσματα αναφορικά με τις χημικές διεργασίες της καύσης (σημαντικές αντιδράσεις, πορεία του άνθρακα, και εξάρτηση αυτών από τις συνθήκες της διεργασίας). Τα αποδεκτά όρια της ειδικής σταθεράς των σημαντικών αντιδράσεων προκύπτουν από την ανάλυση αβεβαιότητας, με τον εν λόγω προσδιορισμό να διασφαλίζει όρια κατάλληλα από φυσική άποψη, και να μειώνει σημαντικά το τελικό συνολικό υπολογιστικό κόστος της διαδικασίας βελτιστοποίησης. Εδώ, βελτιστοποιείται ο ως άνω μηχανισμός μειωμένης τάξης, συγκεκριμένα προσδιορίζονται οι παράμετροι της ειδικής σταθεράς σημαντικών αντιδράσεων, όπως αυτές έχουν προκύψει από την ανάλυση ευαισθησίας, οι οποίες ελαχιστοποιούν μια κατάλληλα ορισμένη αντικειμενική συνάρτηση. Η χρήση του βελτιστοποιημένου μηχανισμού μειωμένης τάξης επιφέρει σημαντική βελτίωση στα υπολογιστικά αποτελέσματα, σε σύγκριση με αυτά του αρχικού (μη βελτιστοποιημένου) μηχανισμού. Τα υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μελλοντικές μελέτες της καύσης μεθανίου, αλλά και οποιουδήποτε άλλου καυσίμου. Επιπλέον, ο βελτιστοποιημένος μηχανισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μελέτη φαινομένων καύσης φυσικού αερίου σε ναυτικούς κινητήρες διπλού καυσίμου με χρήση Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής.	el
heal.advisorName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Φούντη, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.
heal.fullTextAvailability	true