Production of energy from lignocellulosic biomass using internal combustion engines (ICE) is desirable, provided that costs can be reduced. The recalcitrance of lignocellulosic biomass requires ...additional treatments for second-generation biofuel conversion processes, falling short of sustainability goals and profit margins. Rather than transforming solid biomass to liquid or gaseous fuels through multistep processes, this paper explores the direct use of biomass powder below 200 μm in an engine. Reducing biofuel production to a single milling process offers the chance to downscale biofuel production for implementation at the local level, through standalone or hybrid installations with other renewable energies. In scenarios using intermittent energies such as solar or wind, production of biomass powder can be operated during low demand periods to store surplus energy which can be later used for generating power on demand. To test the feasibility of this concept, four biomasses (rice husk, chestnut wood, pine bark, and wheat straw) were micronised to an average particle size of 20 μm and fuelled in an instrumented ICE. Our results confirm that an ICE can start and run with various biomass types at a wide range of operating regimes without any assistance. During these tests, efficiencies up to 17.5% were observed with powdered rice husk, using an intake temperature of 40 °C. Emissions (CO, NO
x
, and SO
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) were found to be within acceptable operating limits of available aftertreatment technologies. This first assessment of the compared combustion behaviour of different biomass powders in ICE highlights the fact that the challenges associated with this alternative biofuel demand a cross-disciplinary approach from research domains such as dust explosion prevention, biomass combustion and engine technology.
A first general assessment of the biomass dust-fuelled engine concept by testing four biomass powders in a single-cylinder engine.
This paper presents a new 0D phenomenological approach to predict the combustion process in multi-injection Diesel engines operated under a large range of running conditions. The aim of this work is ...to develop a physical approach in order to improve the prediction of in-cylinder pressure and heat release. Main contributions of this study are the modeling of the premixed part of the Diesel combustion with a further extension of the model for multi-injection strategies. Numerical results from simulations are compared with experimental measurements carried out on a 2 liter Renault Diesel engine and good agreements are found.Original Abstract: Ce papier presente une nouvelle approche 0D phenomenologique pour predire le deroulement de la combustion dans les moteurs Diesel a injection directe pour toutes les conditions d'utilisation usuelles. Le but de ce travail est de developper une approche physique en vue d'ameliorer la prediction de la pression cylindre et du degagement d'energie, avec un nombre minimum d'essais necessaires a la calibration. Les contributions principales de cette etude sont la modelisation de la phase de pre-melange de la combustion et une extension du modele pour les strategies d'injections multiples. Dans ce modele, le taux de degagement d'energie du a la combustion pour la phase pre-melangee est relie a un taux de reaction moyen du carburant. Ce taux de reaction moyen de carburant est evalue a l'aide d'une approche basee sur un taux de reaction local de carburant tabule et la determination d'une fonction de densite de probabilite (PDF) de la fraction de melange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pre-melangee. L'allure de cette PDF presumee est une beta-fonction standardisee. Les fluctuations de la fraction de melange sont decrites avec une equation de transport pour la variance de Z. La definition standard de la fraction de melange, etablie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptee a une combustion pre-melangee de type Diesel pour decrire l'inhomogeneite de la richesse dans le volume de controle. La chimie detaillee est decrite au travers de la tabulation du taux de reaction relatif a la flamme principale et du delai d' auto-inflammation relatif a la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d'avancement c, du taux de gaz brule ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la temperature et la pression. Le modele de combustion de diffusion est base sur l'evaluation d'une frequence de melange qui est fonction du taux de turbulence dans la chambre et fonction de la masse de carburant vapeur disponible. Ce modele de combustion est l'un des sous-modeles inclus dans le modele thermodynamique de chambre de combustion base sur une approche 2 zones differentiant gaz frais et gaz brules. De plus, un sous-modele concernant la multi-injection a ete developpe pour prendre en compte les interactions entre les jets et pour decrire l'impact de la multi-injection sur le melange air/carburant. Les resultats numeriques ont ete compares aux mesures realisees sur un moteur Diesel Renault de 2 litres. Pour l'ensemble des points de fonctionnement explores, une bonne correspondance a ete obtenue entre les resultats issus des simulations et les mesures experimentales.
The effect of ozone addition on combustion of Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engine was investigated to develop a OD physical model of combustion and to propose a predictive static ...model of combustion parameters. All parameters of the physical model were identified using a single-cylinder fueled with iso-octane running at constant engine speed (1500rpm) and equivalence ratio (φ = 0.3) but various EGR rates and ozone rates. Experimental data were used to validate the physical model. Results show that the OD combustion model yielded good results to capture combustion parameters like in-cylinder maximum pressure (Pmax), corresponding angle (CADpmax) and the crank angle degree when 50% of the fuel had burned (CA50). All these parameter have been found strongly dependent on ozone addition and EGR rate. Then, mathematical equations were developped presented to describe the static relation between combustion parameters and both EGR rate and ozone addition.
This paper presents a new 0D phenomenological approach to predict the combustion process in multi injection Diesel engines operated under a large range of running conditions. The aim of this work is ...to develop a physical approach in order to improve the prediction of in-cylinder pressure and heat release. Main contributions of this study are the modeling of the premixed part of the Diesel combustion with a further extension of the model for multi-injection strategies. In the present model, the rate of heat release due to the combustion for the premixed phase is related to the mean reaction rate of fuel which is evaluated by an approach based on tabulated local reaction rate of fuel and on the determination of the Probability Density Function (PDF) of the mixture fraction (Z), in order to take into consideration the local variations of the fuel-air ratio. The shape of the PDF is presumed as a standardized β-function. Mixture fraction fluctuations are described by using a transport equation for the variance of Z. The standard mixture fraction concept established in the case of diffusion flames is here adapted to premixed combustion to describe inhomogeneity of the fuel-air ratio in the control volume. The detailed chemistry is described using a tabulated database for reaction rates and cool flame ignition delay as a function of the progress variable c. The mixing-controlled combustion model is based on the calculation of a characteristic mixing frequency which is a function of the turbulence density, and on the evolution of the available fuel vapor mass in the control volume. The developed combustion model is one sub-model of a thermodynamic model based on the mathematical formulation of the conventional two-zone approach. In addition, an extended sub-model for multi injection is developed to take into account interactions between each spray by describing their impact on the mixture formation. Numerical results from simulations are compared with experimental measurements carried out on a 2 liter Renault Diesel engine and good agreements are found. Ce papier présente une nouvelle approche 0D phénoménologique pour prédire le déroulement de la combustion dans les moteurs Diesel à injection directe pour toutes les conditions d’utilisation usuelles. Le but de ce travail est de développer une approche physique en vue d’améliorer la prédiction de la pression cylindre et du dégagement d’énergie, avec un nombre minimum d’essais nécessaires à la calibration. Les contributions principales de cette étude sont la modélisation de la phase de pré-mélange de la combustion et une extension du modèle pour les stratégies d’injections multiples. Dans ce modèle, le taux de dégagement d’énergie dû à la combustion pour la phase pré-mélangée est relié à un taux de réaction moyen du carburant. Ce taux de réaction moyen de carburant est évalué à l’aide d’une approche basée sur un taux de réaction local de carburant tabulé et la détermination d’une fonction de densité de probabilité (PDF) de la fraction de mélange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pré-mélangée. L’allure de cette PDF présumée est une β-fonction standardisée. Les fluctuations de la fraction de mélange sont décrites avec une équation de transport pour la variance de Z. La définition standard de la fraction de mélange, établie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptée à une combustion pré-mélangée de type Diesel pour décrire l’inhomogénéité de la richesse dans le volume de contrôle. La chimie détaillée est décrite au travers de la tabulation du taux de réaction relatif à la flamme principale et du délai d’auto-inflammation relatif à la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d’avancement c, du taux de gaz brûlé ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la température et la pression. Le modèle de combustion de diffusion est basé sur l’évaluation d’une fréquence de mélange qui est fonction du taux de turbulence dans la chambre et fonction de la masse de carburant vapeur disponible. Ce modèle de combustion est l’un des sous-modèles inclus dans le modèle thermodynamique de chambre de combustion basé sur une approche 2 zones différentiant gaz frais et gaz brûlés. De plus, un sous-modèle concernant la multi-injection a été développé pour prendre en compte les interactions entre les jets et pour décrire l’impact de la multi-injection sur le mélange air/carburant. Les résultats numériques ont été comparés aux mesures réalisées sur un moteur Diesel Renault de 2 litres. Pour l’ensemble des points de fonctionnement explorés, une bonne correspondance a été obtenue entre les résultats issus des simulations et les mesures expérimentales.
This paper presents a new 0D phenomenological approach to predict the combustion process in multi injection Diesel engines operated under a large range of running conditions. The aim of this work is ...to develop a physical approach in order to improve the prediction of in-cylinder pressure and heat release. Main contributions of this study are the modeling of the premixed part of the Diesel combustion with a further extension of the model for multi-injection strategies. In the present model, the rate of heat release due to the combustion for the premixed phase is related to the mean reaction rate of fuel which is evaluated by an approach based on tabulated local reaction rate of fuel and on the determination of the Probability Density Function (PDF) of the mixture fraction (Z), in order to take into consideration the local variations of the fuel-air ratio. The shape of the PDF is presumed as a standardized β-function. Mixture fraction fluctuations are described by using a transport equation for the variance of Z. The standard mixture fraction concept established in the case of diffusion flames is here adapted to premixed combustion to describe inhomogeneity of the fuel-air ratio in the control volume. The detailed chemistry is described using a tabulated database for reaction rates and cool flame ignition delay as a function of the progress variable c. The mixing-controlled combustion model is based on the calculation of a characteristic mixing frequency which is a function of the turbulence density, and on the evolution of the available fuel vapor mass in the control volume. The developed combustion model is one sub-model of a thermodynamic model based on the mathematical formulation of the conventional two-zone approach. In addition, an extended sub-model for multi injection is developed to take into account interactions between each spray by describing their impact on the mixture formation. Numerical results from simulations are compared with experimental measurements carried out on a 2 liter Renault Diesel engine and good agreements are found.
Ce papier présente une nouvelle approche 0D phénoménologique pour prédire le déroulement de la combustion dans les moteurs Diesel à injection directe pour toutes les conditions d’utilisation usuelles. Le but de ce travail est de développer une approche physique en vue d’améliorer la prédiction de la pression cylindre et du dégagement d’énergie, avec un nombre minimum d’essais nécessaires à la calibration. Les contributions principales de cette étude sont la modélisation de la phase de pré-mélange de la combustion et une extension du modèle pour les stratégies d’injections multiples. Dans ce modèle, le taux de dégagement d’énergie dû à la combustion pour la phase pré-mélangée est relié à un taux de réaction moyen du carburant. Ce taux de réaction moyen de carburant est évalué à l’aide d’une approche basée sur un taux de réaction local de carburant tabulé et la détermination d’une fonction de densité de probabilité (PDF) de la fraction de mélange (Z). Cette PDF permet de prendre en compte la distribution de richesse existante dans la zone pré-mélangée. L’allure de cette PDF présumée est une β-fonction standardisée. Les fluctuations de la fraction de mélange sont décrites avec une équation de transport pour la variance de Z. La définition standard de la fraction de mélange, établie dans le cas de flammes de diffusion, est ici adaptée à une combustion pré-mélangée de type Diesel pour décrire l’inhomogénéité de la richesse dans le volume de contrôle. La chimie détaillée est décrite au travers de la tabulation du taux de réaction relatif à la flamme principale et du délai d’auto-inflammation relatif à la flamme froide, ces tabulations sont fonction de la variable d’avancement c, du taux de gaz brûlé ainsi que des grandeurs thermodynamiques telles que la température et la pression. Le modèle de combustion de diffusion est basé sur l’évaluation d’une fréquence de mélange qui est fonction du taux de turbulence dans la chambre et fonction de la masse de carburant vapeur disponible. Ce modèle de combustion est l’un des sous-modèles inclus dans le modèle thermodynamique de chambre de combustion basé sur une approche 2 zones différentiant gaz frais et gaz brûlés. De plus, un sous-modèle concernant la multi-injection a été développé pour prendre en compte les interactions entre les jets et pour décrire l’impact de la multi-injection sur le mélange air/carburant. Les résultats numériques ont été comparés aux mesures réalisées sur un moteur Diesel Renault de 2 litres. Pour l’ensemble des points de fonctionnement explorés, une bonne correspondance a été obtenue entre les résultats issus des simulations et les mesures expérimentales.
The electrical activity of intact branches of the phrenic nerve was studied during spontaneous respiration in the anaesthetized or decerebrate cat. The action potentials were displayed with opposite ...polarity according to whether their activity was of afferent or efferent origin. The afferent volleys could be grouped according to three modalities. The first group had a clear silent period during diaphragmatic contraction (72 percent). The second group had volleys during inspiration (25 percent). The third group (3 percent) had rhythmic bursts of fast potentials that were independent of the respiratory cycle.
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