ADVANCED SYSTEMS FOR THE USE OF MIXED GAS AND DIESEL IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES FOR METHANE EMISSION MITIGATION

This project aims the development of combustion systems using diesel and natural gas blends for Internal Combustion Engine (ICE) applications. There is a need for ICE running on natural gas blends for remote power plants and natural-gas-based hybrid powertrains for vessels. Although there are already commercial systems available, there is a lack of knowledge on combustion of natural gas blends. The sub-optimal fuel air mixture or local extinction result in emissions of unburned hydrocarbon (UHC). One of the most severe UHC emission is the release of the unburned greenhouse gas methane into the atmosphere (methane slip). To better understand the methane slip, in-depth knowledge of the turbulent mixture formation and combustion process is required. The main goal of this project is to investigate, focusing on the fundamental physical processes, the combustion of natural gas blends ignited by pilot diesel sprays. The experimental research will be carried out on a constant volume combustion chamber and on a single cylinder research engine with optical access. Laser measurements techniques will be applied in order to gather information on gas velocity field, droplets diameter and velocity as well as OH distribution on the flame. Numerical simulation models will be developed and validated with the experimental data. The expect result of this project is the experimental database of burning natural gas blends ignited by pilot diesel spray. This data will support the validation of computational model, which in turn can assist in the design of ICE running on both diesel and blends of natural gas. The knowledge to be acquired by this project will be employed to increase the efficiency of large engines (e.g. ship and thermo-power engines) running with mixtures of diesel and Natural Gas (NG) as well those employed in medium-size applications. As one example of the later, this project will investigate the mitigation of emissions of Green House Gases (GHG) on large trucks employed in the mining industry.

Escopo em português

SISTEMAS AVANÇADOS DE COMBUSTÃO DE MISTURAS GASOSAS E DIESEL PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA QUE MINIMIZEM EMISSÃO DE METANO

O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de sistemas de combustão para Motores de Combustão Interna (MCI) operando com diesel e misturas de gás natural. Existe a demanda por MCI operando com gás natural para termoelétricas remotas e sistemas de propulsão híbrida para navios. Embora já existam soluções disponíveis, ainda há grande falta de informação sobre a combustão de misturas de gás natural. As razões ar/combustível sub-ótimas ou extinção local da chama resultam em emissões de hidrocarbonetos não queimados (UHC). Uma das mais severas emissões de UHC é a liberação para a atmosfera de gás metano, que contribui para o efeito estufa. Para entender o processo de fuga de metano, é necessário profundo conhecimento dos processos turbulentos de formação de mistura e combustão no MCI. O principal objetivo deste projeto é investigar, com foco nos processos físicos fundamentais, a combustão de misturas de gás natural ignitadas por chama piloto de diesel. As investigações serão conduzidas numa câmara de volume constante e num motor de pesquisa monocilíndrico com acesso óptico. Técnicas laser serão utilizadas para obtenção dos campos de velocidade do gás, diâmetro e velocidade das gotas, distribuição de OH na zona de reação. Modelos numéricos serão desenvolvidos e validados com os dados experimentais. Os resultados esperados para este projeto são a base de dados experimental e os modelos computacionais da combustão de misturas de gás natural ignitadas por chama piloto de diesel. Uma vez validado, o modelo computacional auxiliará no projeto de MCI operando com diesel e gás natural. O conhecimento a ser adquirido por este projeto será utilizado para aumentar a eficiência de grandes motores (por exemplo, aqueles empregados em navios e termoelétricas) que funcionam com misturas de diesel e gás natural (GN), bem como aqueles empregados em aplicações de médio porte. Como um exemplo deste último, este projeto irá investigar a mitigação das emissões de Gases causadores do Efeito Estufa (GEE) em grandes caminhões empregados na indústria de mineração.

TEAM

Guenther Krieger (POLI-USP)
Project Coordinator

Partners

Pavlos Aleiferis
University College London, UK

Simone Hochgreb
University of Cambridge, UK