Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tích hợp các thuộc tính và điều kiện để dự đoán hiệu suất phun của nhiên liệu hàng không thay thế bằng mô hình ANN
Tóm tắt
Nhiên liệu hàng không thay thế đã được xác nhận có lợi ích trong việc giảm khí nhà kính (GHGs) và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng nhiên liệu thay thế cần phải đáp ứng yêu cầu về nhiên liệu có thể thay thế trực tiếp, và một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo độ hoàn thiện trong quá trình đốt là đạt được yêu cầu phun trong toàn bộ môi trường bay. Nhiên liệu thay thế có những đặc trưng khác nhau về các thuộc tính nhiên liệu ở nhiệt độ thấp so với nhiên liệu phản lực truyền thống. Để hiểu các thuộc tính nhiên liệu và các quá trình liên quan đến phun dưới các điều kiện khác nhau, nhiên liệu hàng không thay thế, bao gồm nhiên liệu phản ứng Fischer Tropsch (FT), nhiên liệu phản lực hydrotreating cellulose (CHJ) và nhiên liệu phản lực truyền thống (RP-3), đã được nghiên cứu hiệu suất phun. Theo phương trình thực nghiệm suy diễn từ dữ liệu thử nghiệm (283 K-343 K), các độ lệch so với RP-3 đã tăng đáng kể về độ căng bề mặt và độ nhớt ở khu vực nhiệt độ thấp (243 K-273 K). Do sự tương tác phức tạp và không liên tục giữa cấu trúc vòi phun và các thuộc tính nhiên liệu với nhiệt độ, vì vậy rất khó để có được phương trình thực nghiệm hoặc kết quả mô phỏng phù hợp ở nhiệt độ thấp. Hơn nữa, nhiên liệu không thể thay thế như nhiên liệu FT tinh khiết không thể tuân theo cùng một cơ chế phun như nhiên liệu thay thế. Các phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) đã được áp dụng để giải quyết mối quan hệ phức tạp giữa các thuộc tính và hiệu suất phun. Mô hình phun ANN kết hợp với dòng khối lượng ANN không chỉ có thể dự đoán góc nón và chiều dài chất lỏng mà còn có kích thước giọt và vận tốc trong vùng chất lỏng và vùng giọt với hệ số tương quan tổng thể trên 0.99. Kết quả mô phỏng kết hợp giữa dòng khối lượng và hiệu suất phun cho thấy FT và CHJ cũng như các loại nhiên liệu pha trộn có sự khác biệt rõ rệt hơn so với RP-3 trong phân bố kích thước giọt và phân bố vận tốc ở nhiệt độ thấp.
Từ khóa
#nhiên liệu hàng không thay thế #hiệu suất phun #mạng nơ-ron nhân tạo #nhiệt độ thấp #nhiên liệu phản ứng Fischer TropschTài liệu tham khảo
Liu Z, Yang X. Refining drop-in jet fuel coupling GHGs reduction in LCA with airworthiness in aero-engine and aircraft. Catal Today. 2020;353:260–8.
Behnke L, Boehm RC, Heyne JS. Optimization of sustainable alternative fuel composition for improved energy consumption of jet engines AIAA SCITECH 2022 forum. San Diego: CA & Virtual; 2022.
Sivakumar D, Vankeswaram SK, Sakthikumar R, Raghunandan BN. Analysis on the atomization characteristics of aviation biofuel discharging from simplex swirl atomizer. Int J Multiph Flow. 2015;1(72):88–96.
Sivakumar D, Vankeswaram SK, Sakthikumar R, Raghunandan BN, Hu JTCC, Sinha AK. An experimental study on jatropha-derived alternative aviation fuel sprays from simplex swirl atomizer. Fuel. 2016;179:36–44.
Liu C, Liu F, Yang J, Mu Y, Xu G. Investigations of the effects of spray characteristics on the flame pattern and combustion stability of a swirl-cup combustor. Fuel. 2015;139:529–36.
Payri R, Viera JP, Gopalakrishnan V, Szymkowicz PG. The effect of nozzle geometry over the evaporative spray formation for three different fuels. Fuel. 2017;15(188):645–60.
Kannaiyan K, Sadr R. Experimental investigation of spray characteristics of alternative aviation fuels. Energy Convers Manag. 2014;1(88):1060–9.
Kannaiyan K, Sadr R. Effect of fuel properties on spray characteristics of alternative jet fuels using global sizing velocimetry. At Sprays. 2014;24(7):575–97.
Kannaiyan K, Sadr R. Macroscopic spray performance of alternative and conventional jet fuels at non-reacting, elevated ambient conditions. Fuel. 2020;266: 117023.
Zhou G, Zhou J, Fang Y, Yang X. Properties effect of blending fischer-tropsch aviation fuel on spray performances. Energy. 2019;179:1082–93.
Liu Z, Wang Z, Gu X, Liu H, Yang L, Yang J, et al. Intelligent quantitative assessment on spray performance of alternative aviation fuel. Front Energy Res. 2022. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.944668.
Ejim CE, Fleck BA, Amirfazli A. Analytical study for atomization of biodiesels and their blends in a typical injector: surface tension and viscosity effects. Fuel. 2007;86(10–11):1534–44.
Kim D, Martz J, Violi A. Effects of fuel physical properties on direct injection spray and ignition behavior. Fuel. 2016;180:481–96.
Yang X, Guo F, Xue S, Wang X. Carbon distribution of algae-based alternative aviation fuel obtained by different pathways. Renew Sustain Energy Rev. 2016;54:1129–47.
Liu Z, Liu H, Yang X. Life cycle assessment of the cellulosic jet fuel derived from agriculture residue. Aerospace. 2023;10(2):129.
Rizk NK, Lefebvre AH. Internal flow characteristics of simplex swirl atomizers. J Propuls Power. 1985;1(3):193–9. https://doi.org/10.2514/3.22780.
Kim D, Im JH, Koh H, Yoon Y. Effect of ambient gas density on spray characteristics of swirling liquid sheets. J Propuls Power. 2007;23(3):603–11. https://doi.org/10.2514/1.20161.