Ανάπτυξη παρεμβατικών και μη, διαγνωστικών μεθόδων και αξιολόγηση σε συστήματα καύσης προανάμιξης
Authors: Κεραμιώτης Χρήστος 
Published: January 2014

Η διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη διαγνωστικών εργαλείων για τη μέτρηση εκπομπών από φαινόμενα καύσης και την εφαρμογή τους σε συστήματα καύσης προανάμιξης βαθμωτής πολυπλοκότητας. Αρχικά, αναδεικνύεται η αναγκαιότητα και το πεδίο εφαρμογής των διαγνωστικών μεθόδων καύσης και οι χρησιμοποιούμενες τεχνικές αναλύονται και σχολιάζονται. Το πρώτο μέρος της διατριβής επεξηγεί τις αρχές λειτουργίας, τη θεμελιώδη θεωρία και τα βασικά συστατικά των χρησιμοποιηθέντων τεχνικών. Σε αυτές περιλαμβάνονται το σύστημα της αέριας χρωματογραφίας, το σύστημα συνεχούς ανάλυσης καυσαερίων, καθώς επίσης και το σύστημα για φασματοσκοπία φθορισμού επαγόμενου από διέγερση με χρήση ακτινοβολίας laser. Το πρώτο μέρος της διατριβής παρέχει το απαραίτητου υπόβαθρο για το σχεδιασμό, την εκτέλεση και την κατανόηση των αποτελεσμάτων κι υπό αυτό το πρίσμα, καθίσταται απαραίτητο συστατικό της Στο δεύτερο σκέλος της διατριβής, τα διαγνωστικά εργαλεία χρησιμοποιούνται για τη μελέτη διατάξεων χαμηλής πολυπλοκότητας, στοχεύοντας αφενός στην αξιολόγηση των διαγνωστικών μεθόδων και αφετέρου στη διεξαγωγή πρωτότυπης έρευνας, συνδεόμενης με υπαρκτά ζητήματα στο πεδίο των συστημάτων καύσης. Υπό αυτό το πρίσμα, η τεχνική της αέριας χρωματογραφίας επιστρατεύτηκε για την ποσοτικοποίηση αέριων αλλά και επιλεγμένων πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων, που ευρίσκονται στα προϊόντα της πυρόλυσης μιγμάτων μεθανίου σε αντιδραστήρα εμβολικής ροής. Τα αποτελέσματα αναπαρήχθησαν με δυο μηχανισμούς λεπτομερούς χημείας, για την πληρέστερη κατανόηση των διεργασιών, με ικανοποιητική συμφωνία υπολογιστικών προλέξεων και πειραματικών δεδομένων. Εν συνεχεία, η τεχνική της φασματοσκοπίας φθορισμού επαγόμενου από διέγερση laser εφαρμόστηκε για τη μελέτη φλόγας προανάμιξης εγκάρσιας ροής. Η ψυχρή ροή μελετήθηκε ιχνηλατώντας μόρια ακετόνης στη ροή του καυσίμου και τα χαρακτηριστικά του σχήματος της φλόγας αναλύθηκαν μέσω της παρακολούθησης της ρίζας του υδροξυλίου στη ζώνη καύσης. Μέσω της εκμετάλλευσης συμβατικών πηγών ενέργειας, όπως το φυσικό αέριο και ο γαιάνθρακας, δύνανται μέσω της διεργασίας Fischer-Tropsch να προκύψουν εναλλακτικά καύσιμα, συμβατά με τις υπαρκτές υποδομές. Στο έκτο κεφάλαιο της διατριβής, αεροπορικά καύσιμα της ανωτέρω προέλευσης, εξετάζονται με τη χρήση ενός εργαστηριακού καυστήρα προανάμιξης. Μετρήσεις θερμοκρασίας και καυσαερίων, σε συνδυασμό με μια αναλυτική μεθοδολογία για τον υπολογισμό των θερμοχημικών ιδιοτήτων βάσει της αναλυτικής χημικής σύστασης, κατέστησαν εφικτή την αξιολόγηση των καυσίμων και τη συσχέτιση της απόδοσης, με τα περιεχόμενα συστατικά τους. Τελικώς, οι προαναφερθείσες παρεμβατικές και μη τεχνικές, συνδυάστηκαν για τον χαρακτηρισμό ενός καυστήρα υψηλής πολυπλοκότητας (καυστήρας πορώδους αδρανούς μέσου). Η οπτικοποίηση της φλόγας μέσα στο πορώδες, μέσω της τεχνικής φασματοσκοπίας φθορισμού επαγόμενου από διέγερση laser και συγκεκριμένα της παρακολούθησης της ρίζας του υδροξυλίου στη ζώνη καύσης, ανέδειξε της περιοχές λειτουργίας του συναρτήσει του θερμικού φορτίου και της στοιχειομετρίας. Εν κατακλείδι, διεξήχθη πλήρης πολυπαραμετρικός χαρακτηρισμός του πορώδους καυστήρα και αναλύθηκε η ικανότητα του για λειτουργία με συμβατικά και εναλλακτικά καύσιμα.