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Detailed Kinetic Modelling of the Oxidation and Combustion of Large Hydrocarbons Using an Automatic Generation of Mechanisms

Muharam, Yuswan

German Title: Ausführliches kinetisches Modellieren der Oxidation und der Verbrennung der großen Kohlenwasserstoffe mit einem automatischen Erzeugung der Mechanismen

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Abstract

A mechanism generator code to automatically generate mechanisms for the oxidation and combustion of large hydrocarbons has been successfully modified in this work. The modification was through: (1) improvement of the existing rules such as cyclic-ether reactions and aldehyde reactions, (2) inclusion of some additional rules to the code, such as ketone reactions, hydroperoxy cyclic-ether formations and additional reactions of alkenes, (3) inclusion of small oxygenates, produced by the code but not included in the handwritten C1-C4 sub-mechanism yet, to the handwritten C1-C4 sub-mechanism. In order to evaluate mechanisms generated by the code simulation of observed results in different experimental environments has been carried out. The simulation of auto-ignition of n-pentane in a rapid-compression machine shows good agreement with experimental results. Experimentally derived and numerically predicted ignition delays of n-heptane/air and n-decane/air mixtures in high-pressure shock tubes in a wide range of temperatures, pressures and equivalence ratios agree very well. Concentration profiles of the main products and intermediates of n-heptane, iso-octane and n-decane oxidation in jet-stirred reactors at a wide range of temperatures and equivalence ratios are generally well reproduced. Sensitivity and reaction flow analyses were performed for shock tube and jet-stirred reactor environments, respectively, in an attempt to identify the most important reactions under the relevant conditions of study. In addition, the ignition delay times of different normal alkanes was numerically studied.

Translation of abstract (German)

Ein Computerprogramm zum automatischen Erzeugen von Mechanismen für die Oxidation und Verbrennung von großen Kohlenwasserstoffen wurde in dieser Arbeit erfolgreich modifiziert. Zu den Veränderungen zählen: (1) Verbesserung der existierenden Reaktionsregeln für z. B. Reaktionen von zyklischen Ethern und Aldehyden (2) Implementierung von zusätzlichen Regeln in den Code, z. B. für Reaktionen der Ketone, für die Bildung von zyklischen Hydroperoxiethern und für zusätzliche Alkenereaktionen (3) Ergänzung des C1-C4 Untermechanismus durch Einbeziehung kleiner oxygenierte Kohlenwasserstoffe, die vom neuen Programm automatisch erzeugt werden, bisher aber nicht im manuell erstellten C1-C4 Untermechanismus enthalten waren. Zur Evaluierung der von diesem Code erzeugten Mechanismen wurden Ergebnisse aus verschiedenartigen Experimenten simuliert. Die Simulation der Selbstzündung von n-Pentane in einer schnellen Kompressionsmaschine zeigt eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Experimentell abgeleitete und numerisch vorhergesagte Zündverzögerungszeiten von n-Heptane/Luft und n-Dekan/Luft Mischungen in Hochdruckstoßrohren über einen weiten Temperatur- und Druckbereich sowie Mischungsverhältnis stimmen gut überein. Konzentrationsprofile der Haupt- und Zwischenprodukte der n-Heptane, iso-Oktan und n-Dekan Oxidation in Rührreaktoren werden über einen großen Temperatur- und Mischungsbereich gut wiedergegeben. Es wurden zudem Sensitivitäts- und Reaktionsflußanalysen für Stoßwellenmessungen und Rührreaktoren durchgeführt, um die wichtigsten Reaktionen unter den Bedingungen dieser Arbeit zu identifizieren. Zusätzlich wurden Zündverzögerungszeiten für verschiedene n-Alkane numerisch untersucht.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Warnatz, Prof. Dr. Jürgen
Date of thesis defense: 18 November 2005
Date Deposited: 22 Nov 2005 11:27
Date: 2005
Faculties / Institutes: Service facilities > Interdisciplinary Center for Scientific Computing
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Controlled Keywords: Oxidation, Kohlenwasserstoffe
Uncontrolled Keywords: Verbrennung , Modellieren , chemische KinetikCombustion , Modelling , Chemical Kinetics
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