Análise numérica da cinética química da combustão de n-dodecano e metil oleato: uma abordagem com modelos detalhados.

Abstract

O presente trabalho fornece uma avaliação numérica da combustão de duas espécies químicas amplamente utilizadas como combustíveis substitutos do óleo diesel e do biodiesel, ou seja, o n-dodecano e o metil oleato, respectivamente. Os dados experimentais para a oxidação do n-dodecano incluem: tempos de atraso de ignição obtidos em tubo de choque de alta pressão em condições semelhantes às de motores; medições de velocidade de chama laminar com temperaturas de pré-aquecimento de 400, 403 e 470 K, pressões de 1 a 3 atm e razões de equivalência entre 0,7 e 1,5; e perfis de espécies em reator de mistura turbulenta (jet stirred reactor) a 1 atm, com temperaturas variando de 600 a 1100 K e razões de equivalência de 0,5, 1,0 e 1,5. Para o metil oleato, os dados experimentais são escassos, limitando-se a experimentos em tubo de choque em altas temperaturas (acima de 1100 K) sob condições ricas em combustível, e a perfis de espécies em reator de mistura turbulenta para mistura estequiométrica e pressão atmosférica, variando de 450 a 1050 K. A modelagem numérica foi realizada no Cantera-Python 3.1.0, empregando modelos de cinética química disponíveis na literatura, bem como o mecanismo CRECK. Para o n-dodecano, os resultados dos tempos de atraso de ignição mostraram que o mecanismo CRECK apresenta boa concordância com os dados experimentais e com o modelo da literatura, embora preveja atrasos de ignição mais longos na transição para a química de alta temperatura. Nos perfis de espécies, o mecanismo CRECK teve melhor desempenho em condições estequiométricas e ricas em combustível, especialmente na previsão da formação de intermediários como o etileno. Para o metil oleato, o mecanismo CRECK prevê tempos de atraso de ignição mais longos, embora reproduza adequadamente os intermediários no reator de mistura turbulenta. De modo geral, o presente estudo destaca a necessidade de mais trabalhos experimentais sobre espécies de biocombustíveis, como os ésteres metílicos de ácidos graxos e sugere estudos sobre análise de sensibilidade e uma breve citação dos resultados acerca de estudos da tecnologia HCCI.

The present work provides a numerical evaluation of the combustion of two chemical species widely used as surrogate fuels for diesel oil and biodiesel, namely n-dodecane and methyl oleate, respectively. The experimental data for n-dodecane oxidation include: ignition delay times obtained in a high-pressure shock tube under engine-relevant conditions; laminar flame speed measurements with preheating temperatures of 400, 403, and 470 K, pressures from 1 to 3 atm, and equivalence ratios between 0.7 and 1.5; and species profiles in a jet-stirred reactor at 1 atm, with temperatures ranging from 600 to 1100 K and equivalence ratios of 0.5, 1.0, and 1.5. For methyl oleate, the experimental data are scarce, being limited to high-temperature shock-tube experiments (above 1100 K) under fuel-rich conditions, and to species profiles in a jet-stirred reactor for stoichiometric mixture and atmospheric pressure, covering temperatures from 450 to 1050 K. The numerical modeling was carried out in Cantera-Python 3.1.0, employing chemical kinetic models available in the literature as well as the CRECK mechanism. For n-dodecane, the ignition delay results showed that the CRECK mechanism exhibits good agreement with the experimental data and with the literature model, although it predicts longer ignition delays in the transition to high-temperature chemistry. In the species profiles, the CRECK mechanism performed better under stoichiometric and fuel-rich conditions, particularly in predicting the formation of intermediates such as ethylene. For methyl oleate, the CRECK mechanism predicts longer ignition delay times, although it adequately reproduces the intermediates in the jet-stirred reactor. Overall, the present study highlights the need for further experimental work on biofuel species, such as fatty acid methyl esters, and suggests future studies on sensitivity analysis and a brief mention of results related to HCCI technology investigations.