Effect of the fuel composition of syngas on the combustion process in Dual-Fuel engine
Effet de la composition du gaz synthétique, ‘Syngas', sur la combustion des moteurs bi-carburants
Résumé
Synthesis Gas, also known as Syngas, is deemed as a promising alternative fuel to tackle both global warming and waste management - two major challenges for modern society. The chemical composition of syngas, however, is highly dependent on the characteristics of the feedstock and the process used in its production; and so is its efficiency as a fuel in combustion engines. The main goal of this study is to determine how to optimize a syngas/diesel Dual-Fuel Internal Combustion Engine (ICE) for different syngas compositions, diesel substitution ratios and syngas/air equivalence ratios. We start providing an overview of syngas production and compositions to select three representative mixtures of its basic elements. Afterwards, we review Dual-Fuel syngas/diesel (or a high-reactivity fuel) studies to determine how each parameter affects the engine performance and emissions. In the following chapter, we determine two combustion properties, namely, the laminar flame speeds and the Markstein lengths, for several engine-relevant conditions for the three compositions. Then, we proceed conducting experiments in a full-metal (not optical) engine to measure engine performance and exhaust emissions. In that experiment we explore how the syngas-diesel energy ratio, the premixed Syngas/air equivalence ratio and the Syngas composition effects, produce different performances and exhaust emissions. Finally, we perform experiments in an optical Dual-Fuel engine to determine flame and radicals´ behaviors, followed by an analysis of engine combustion images.
Le gaz de synthèse, également appelé ‘syngas', est considéré comme un carburant alternatif prometteur pour lutter à la fois contre le réchauffement climatique et la gestion des déchets, deux défis majeurs de la société moderne. La composition chimique du gaz de synthèse dépend fortement des caractéristiques de la matière première et du processus utilisé pour sa production, et impacte son efficacité en tant que carburant dans les moteurs à combustion. L'objectif principal de cette étude est de déterminer comment optimiser un moteur à combustion interne bicarburant (ICE) syngas/diesel pour différentes compositions de gaz de synthèse, ratios de substitution de diesel et richesse de prémélange gaz/air. Nous commençons par donner un aperçu des moyens de sa production et des compositions du gaz de synthèse pour sélectionner trois mélanges représentatifs de ses éléments de base. Ensuite, nous examinons les études sur le syngas/diesel (ou autre carburant à haute réactivité) pour déterminer comment chaque paramètre affecte les performances et les émissions du moteur. Dans le chapitre suivant, nous déterminons deux propriétés de combustion, à savoir les vitesses de flamme laminaire et les longueurs de Markstein, pour plusieurs conditions pertinentes pour le moteur et pour les trois compositions. Ensuite, nous poursuivons les expériences menées dans un moteur entièrement métallique (non transparent) pour mesurer les performances du moteur et les émissions à l'échappement. Dans cette expérience, nous explorons comment le rapport énergétique syngas-diesel, la richesse du mélange syngas/air et les effets de la composition du gaz de synthèse produisent différents résultats de performance et émissions. Enfin, nous effectuons des expériences dans un moteur optique Dual-Fuel pour déterminer le comportement des flammes et des radicaux, par analyse des images de combustion du moteur.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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