Planar laser-induced fluorescence of nitric oxide in isomeric butanol and butane stagnation flames

• Main Author: Chung, Gregory
• Other Authors: Jeffrey Bergthorson (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Engineering - Mechanical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=107877

The significant efforts to reduce global fossil fuel dependence have led to the development of biofuels as an alternative. Despite their growing significance, alcohol biofuels still require fundamental study, particularly in the area of NOx emissions. Planar laser-induced fluorescence (PLIF) was used to obtain nitric oxide (NO) production profiles from stagnation flames of premixed n- and iso-butanol; n- and iso-butane flames were also measured to offer context with alkane fuels. PLIF measurements were corrected for laser sheet variations and non-radiative quenching by signalpost-processing and quantified with a NO-seeding calibration method. Particle-image velocimetry (PIV) was performed to characterize the centreline velocity of the experimental flow which was then used for chemical kinetic simulations of the experiment. Simulations were performed for n-butanol and n-butane flames with a combined NOxsubmechanism. Experimentally, butanol fuels were found to produce significantly less NO than butane fuels overall. Although both models accurately predict the production of NO in the post-flame region, there is a disparity in NO production occuring in theflame zone via the prompt-NO pathway, suggesting that the chemical kinetics in the mechanisms require modification. The n-butanol simulation shows poor agreement at all tested equivalence ratios, while n-butane performed poorly for the rich case. This study offers new experimental data to aid in further improvements in kinetic modelling of butanol and butane combustion, and NOx formation. === Les efforts significatifs pour réduire la dépendance globale aux hydrocarbures ont entraîné le développement de biocarburants comme alternative. Malgré leur importance accrue, les biocarburants a base d'alcool nécessitent toujours une étude fondamentale, particulièrement en ce qui à trait aux émissions d'oxydes d'azote (NOx). La fluorescence planaire induite par un laser (PLIF) est utilisée pour obtenir les profils de production d'oxyde nitrique (NO) à partir de flammes de stagnation pré-mélangées de n- et iso-butanol ainsi que de nand iso-butane pour mettre en contexte les carburants alcalins. Les mesures PLIF sont corrigées par un traitement ultérieur et quantifiées par une méthode de calibration. La vélocimétrie particule-image (PIV) est utilisée pour caractériser la vitesse de la ligne-médiane de l'écoulement expérimental qui est ensuite utilisée pour les simulations de cinétique chimique de la flamme expérimentale. Les simulations sont générées pour les flammes de n-butanol et de n-butane et sont combinée à un sous-mécanisme pour le NOx.Même si les deux modèles semblent bien prédire la production de NO dans la région après-flamme, il existe une disparité dans la production de NO dans la région de la flamme, ce qui suggère que les mécanismes cinétiques-chimiques requièrent amélioration. Le n-butanol démontre un piètre accord pour tous les ratios d'équivalence testés. Le n-butane, pour sa part, est imprécis pour le cas riche. Cette étude fourni de nouvelles données expérimentales qui aident à l'amélioration des modèles cinétiques-chimiques du butanol et du butane. Cette étude tend aussi à valider le sous-mécanisme du NOX pour de combustibles à chaînes plus longues.