Kecepatan Rambat Laminar dan Turbulen dari Stoikiometrik Premixed n-Butanol dan tert-Butanol dalam Kondisi Tekanan Tinggi dan Temperature Tinggi

Mahdhudhu, Fathin Muhammad (2023) Kecepatan Rambat Laminar dan Turbulen dari Stoikiometrik Premixed n-Butanol dan tert-Butanol dalam Kondisi Tekanan Tinggi dan Temperature Tinggi. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007201050-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (2MB) | Request a copy

Abstract

Emisi gas efek rumah kaca, Ketidakpastian mengenai harga bahan bakar, dan pencarian opsi yang berbeda dalam energi terbarukan dengan emisi yang rendah adalah tujuan utama peneliti untuk meneliti penelitian tentang biofuel. Biofuel berbahan dasar dari alcohol sudah diterima secara luas sebagai sumber bahan bakar alternatif yang akan menggantikan separuh atau seluruh konsumsi pada mesin bahan bakar bensin atau penggunaan yang lain seperti turbin pada pesawat sehingga dapat mengurangi efek pemanasan global. Butanol isomers merupakan salah satu bahan bakar berbahan dasar dari alcohol yang sangat menarik dikarenakan dari kelebihannya yaitu pelumasan rendah, korosi rendah, dan lebih sedikit masalah pengapian dalam cuaca dingin. Studi ini menyelidiki secara eksperiment kecepatan pembakaran laminar dan turbulen (SL dan ST) campuran n-butanol/udara dan tert-butanol/udara pada suhu tinggi konstan T = 373 K pada rentang tekanan p = 1-5 atm dan kecepatan fluktuasi turbulen rms u’ = 0 – 4,2 m/s. Eksperimen dilakukan dalam ruang bakar berkapasitas besar, berpengaduk kipas yang mampu menghasilkan turbulensi hampir isotropik dengan kecepatan rata-rata yang dapat diabaikan. Kamera berkecepatan tinggi digunakan untuk merekam evolusi waktu jari-jari api <R(t)> dalam domain percobaan 25 mm ≤ <R(t)> ≤ 45 mm sehingga SL dan ST dapat ditentukan. Untuk konversi data kecepatan pembakaran turbulen menggunakan variabel progres rata-rata Bradley ke ST,c̅=0.5 karena ini menunjukkan perwakilan yang lebih baik terlepas dari geometri api dengan ST,c̅=0.5 = ST(<R>c̅=0.1/<R>c̅=0.5)2 = ST(1.4)2. Hasil menunjukkan tiga poin utama. Pertama, nilai SL campuran n-butanol dan tert-butanol menurun dengan meningkatnya tekanan. Hal ini menunjukkan bahwa campuran n-butanol/udara dan tert-butanol/udara menunjukkan perilaku ketidakstabilan yang sama dengan fakta bahwa densitas campuran yang tidak terbakar meningkat sebanding dengan peningkatan tekanan tetapi kemampuan pembakaran massa dari api laminar premixed memiliki keterbatasan. Sebaliknya, nilai ST meningkat dengan meningkatnya tekanan pada u’. Peningkatan bilangan Reynolds berperan dalam situasi ini karena tekanan berbanding terbalik dengan viskositas kinematik, v~p-1~p-1. Selain itu, kecepatan pembakaran laminar dan turbulen dari campuran n-butanol/udara umumnya lebih cepat daripada campuran tert-butanol/udara pada kondisi yang sama. Alasan utama untuk perbedaan nilai dalam kecepatan pembakaran laminar dan turbulen antara n-butanol dan tert-butanol adalah kinetic dari bahan bakar itu sendiri. Selain itu, analisis normalisasi data ST/SL terukur dari campuran n-butanol/udara dan tert-butanol/udara dibuat dengan menggunakan empat korelasi umum yang dipilih dari literatur untuk mengamati kelebihan dan kekurangan predikasinya.
=================================================================================================================================
Greenhouse gas emissions, uncertainties related to fuel prices, and seeking different options for renewable energy with low emissions are the main goals for many researchers to venture into biofuel research. Alcohol-based biofuels are widely accepted as alternative fuel sources to partly or fully consume for spark-ignition engines or other combustion applications thereby reducing global warming emissions. Butanol isomers are interesting alcohol-based biofuels due to their advantages of low lubricity, low corrosion, and fewer ignition problems in cold weather. This study investigates experimentally the laminar and turbulent burning velocities (SL and ST) of n-butanol/air and tert-butanol/air mixtures at a constant high-temperature T = 373 K over a range of pressure p = 1-5 atm and r.m.s turbulent fluctuation velocity u = 0 – 4.2 m/s. Experiments were performed in a dual-chamber fan-stirred cruciform burner capable of generating near-isotropic turbulence with negligible mean velocities. A high-speed camera is used to record the time evolutions of flame radii <R(t)> within the experimental domain 25 mm ≤ <R(t)> ≤ 45 mm so that SL and ST can be determined. For turbulent burning velocity data convert using Bradley’s mean progress variable to ST,c̅=0.5 because it shows a better representative regardless of the flame geometries with ST,c̅=0.5 = ST(<R>c̅=0.1/<R>c̅=0.5)2 = ST(1.4)2. Results show three main points. First, the value of the SL of n-butanol and tert-butanol mixtures decreases with increasing pressure. It indicates that n-butanol/air and tert-butanol/air mixture present the same instability behavior with the fact that the density of the unburned mixture (u) increases in proportion to the increase of pressure but the mass burning capability of laminar premixed flame has its limitation. In contrast, the value of ST increases with increasing pressure at any given u. The increase of Reynolds number plays a role in this situation because the pressure is inversely from kinematic viscosity,   -1 p-1. In addition, the laminar and turbulent burning velocities of the n-butanol/air mixture are generally faster than those of the tert-butanol/air mixture under the same conditions. The main reason for the difference value in the laminar and turbulent burning velocity between n-butanol and tert-butanol is chemical kinetics.. Moreover, normalization analysis of these measured ST/SL data of n-butanol/air and tert-butanol/air mixtures are made by using four selected general correlations from the literature to observe their predication merits and drawbacks.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	n-Butanol, tert-Butanol, Laminar Burning Velocity, Turbulent Burning Velocity, General Correlations
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ785 Internal combustion engines. Spark ignition T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ808 Renewable energy sources. Energy harvesting.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Fathin Muhammad Mahdhudhu
Date Deposited:	23 Nov 2023 07:38
Last Modified:	23 Nov 2023 07:38
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/104086

Actions (login required)

View Item