Ανάπτυξη σκελετικού μηχανισμού καύσης μειγμάτων μεθανίου-υδρογόνου με χρήση της μεθόδου παραγόμενης εντροπίας

Καλλιέρος, Αναστάσιος; Kallieros, Anastasios

dc.contributor.author	Καλλιέρος, Αναστάσιος	el
dc.contributor.author	Kallieros, Anastasios	en
dc.date.accessioned	2020-11-16T10:01:46Z
dc.date.available	2020-11-16T10:01:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51917
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19615
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	Σκελετικός μηχανισμός	el
dc.subject	Μεθάνιο	el
dc.subject	Υδρογόνο	el
dc.subject	Εντροπία	el
dc.subject	Μείωση	el
dc.subject	Skeletal mechanism	en
dc.subject	Methane	el
dc.subject	Hydrogen	el
dc.subject	Entropy	el
dc.subject	Reduction	el
dc.title	Ανάπτυξη σκελετικού μηχανισμού καύσης μειγμάτων μεθανίου-υδρογόνου με χρήση της μεθόδου παραγόμενης εντροπίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Κινητική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-09-25
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την ανάπτυξη ενός σκελετικού χημικού μηχανισμού καύσης μειγμάτων μεθανίου-υδρογόνου με χρήση της μεθόδου παραγόμενης εντροπίας. Ο όρος σκελετικός χαρακτηρίζει τους χημικούς μηχανισμούς οι οποίοι περιλαμβάνουν ένα υποσύνολο των αντιδράσεων και ενώσεων του λεπτομερούς μηχανισμού, διατηρώντας τις ίδιες ειδικές σταθερές των στοιχειωδών αντιδράσεων. Εδώ, ένας σκελετικός μηχανισμός καλείται να μοντελοποιεί με καλή ακρίβεια το φαινόμενο της καύσης για ένα μεγάλο εύρος αρχικών συνθηκών πίεσης, θερμοκρασίας, λόγου ισοδυναμίας καυσίμου-αέρα και περιεκτικότητας του καυσίμου μείγματος σε υδρογόνο, αντιπροσωπευτικό των συνθηκών που επικρατούν σε έναν μεγάλο ναυτικό δίχρονο κινητήρα. Στο πλαίσιο της μεθόδου παραγόμενης εντροπίας, η μείωση του λεπτομερούς μηχανισμού γίνεται βάσει της σημαντικότητας της κάθε αντίδρασης ως προς την εντροπία που αυτή παράγει. Στην παρούσα εργασία, γίνεται χρήση του λεπτομερούς μηχανισμού GRI-Mech3.0, ως βάση για την παραγωγή σκελετικών μηχανισμών, ενώ οι αρχικώς παραγόμενοι μηχανισμοί βελτιώνονται περεταίρω με προσθήκη και άλλων στοιχειωδών αντιδράσεων, οι οποίες προσδιορίζονται με χρήση ανάλυσης ευαισθησίας. Οι τελικά παραχθέντες σκελετικοί μηχανισμοί αξιολογούνται ως προς την απόκλιση των αποτελεσμάτων τους, σε σχέση με αυτά του πλήρους μηχανισμού, για τρία πρότυπα προβλήματα: (i) διάδοση στρωτής φλόγας προανάμιξης, (ii) έναυση ομογενούς μείγματος, και (iii) αντιδραστήρας πλήρους ανάμιξης. Οι υπολογισμοί γίνονται με χρήση του λογισμικού CANTERA, και οι απαραίτητες υπο-ρουτίνες αναπτύσσονται σε γλώσσα Python. Αναλυτικά, τα βήματα που ακολουθούνται είναι τα ακόλουθα. Στο πρώτο βήμα της εργασίας, λαμβάνει χώρα αξιολόγηση του χρησιμοποιούμενου λεπτομερούς μηχανισμού, GRI-Mech3.0. Για τα προαναφερθέντα πρότυπα προβλήματα, τα παραχθέντα υπολογιστικά αποτελέσματα συγκρίνονται με πειραματικά δεδομένα της βιβλιογραφίας, και διαπιστώνεται καλή συμφωνία. Ακολούθως, εφαρμόζεται η μέθοδος παραγόμενης εντροπίας στο πρότυπο πρόβλημα της έναυσης. Συγκεκριμένα, αρχικά επιλύεται το πρόβλημα, με χρήση του λεπτομερούς μηχανισμού, για διαφορετική σύσταση μείγματος και αρχικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, αντιπροσωπευτικές της λειτουργίας ναυτικών κινητήρων, και η χρονική εξέλιξη των υπολογιζόμενων μεγεθών (θερμοκρασία, κλάσματα μάζας των χημικών ενώσεων) αποθηκεύεται σε δημιουργούμενη βάση δεδομένων. Ακολούθως, ορίζεται ένα όριο σχετιζόμενο με την παραγωγή εντροπίας από μια στοιχειώδη αντίδραση, άνω του οποίου αυτή θα θεωρείται σημαντική, και θα περιλαμβάνεται στον σκελετικό μηχανισμό. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα για το συνολικό εύρος των περιπτώσεων της βάσης δεδομένων, και προσδιορίζονται οι σημαντικές αντιδράσεις, δημιουργώντας τον σκελετικό μηχανισμό. Στη συνέχεια, ο παραχθείς σκελετικός μηχανισμός αξιολογείται ως προς τα τρία πρότυπα προβλήματα, με ποσοτικοποίηση των αποκλίσεων στα αποτελέσματα, σε σχέση με αυτά του πλήρους μηχανισμού, για αντιπροσωπευτικά μείγματα και συνθήκες. Στο επόμενο βήμα, για τα προβλήματα καθυστέρησης έναυσης και διάδοσης στρωτής φλόγας προανάμιξης, γίνεται ανάλυση ευαισθησίας, ώστε να εμπλουτιστεί ο παραχθείς μηχανισμός με στοιχειώδεις αντιδράσεις οι οποίες, αν και επηρεάζουν τη διεργασία της καύσης, δεν έχουν συμπεριληφθεί, καθώς δεν είχαν επαρκώς υψηλή παραγωγή εντροπίας. Με τη διαδικασία αυτή προέκυψε τελικά ένας σκελετικός μηχανισμός με 27 ενώσεις και 125 αντιδράσεις. Σύγκριση των αποτελεσμάτων που αυτός παράγει με τα αποτελέσματα του λεπτομερούς (για τα τρία πρότυπα προβλήματα) καταδεικνύει την πολύ καλή ποιότητά τους, για χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος. Τέλος, εξετάζονται δύο εναλλακτικές προσεγγίσεις της παρούσας μεθοδολογίας, ώστε να διερευνηθεί η επιρροή παραμέτρων όπως το μέγεθος του λεπτομερούς μηχανισμού ή ο τρόπος παραγωγής της βάσης δεδομένων στην ακρίβεια των τελικών αποτελεσμάτων.	el
heal.advisorName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Φούντη, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	121 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false