TY - THES A1 - Wang, Xiaoxiao T1 - Kinetic mechanism of surrogates for biodiesel T1 - Kinetischer Mechanismus der Ersatzstoffe für Biodiesel N2 - In recent years, biodiesel is an alternative fuel to petroleum diesel that is renewable and creates less harmful emissions than conventional diesel. Biodiesel blends – usually B20 or below, have been the most commonly used biodiesel blends. In current study, the kinetic mechanism of n-decane/α-methylnaphthalene (AMN)/methyl-decanoate (MD) blend is developed and validated as the surrogate for biodiesel/diesel blends. The IDEA reference fuel (70% n-decane/30% AMN by liquid volume) was formulated in the past as a two-component diesel surrogate fuel. A comprehensive and compact oxidation model for the IDEA reference fuel is developed. One important fuel-fuel interaction pathway via reaction pathway of A2CH2 + HO2 is observed and detailed discussed. The IDEA blends are validated by comprehensive target experiments for n-decane, AMN, and the AMN/n-decane blends. Ignition delay times, flame speeds, and species composition in jet stirred reactor and counter flow flames are successfully simulated for a broad range of temperatures (500-2000 K) and pressures (1-50 bar). The simulations of the IDEA blend with current mod-el show acceptable agreement when compared with different experiments of ignition delay times for diesel fuels as well as flame speed experiments. With a chain of ten carbon atoms and a methyl-ester group attached, MD is considered as a one-component surrogate fuel for biodiesel. A comprehensive and compact kinetic model for MD is developed. The mechanism is critically tested by comparison of model predictions with experimental data over a wide temperature (500 to 1500 K) and pressure (1 to 20 bar) range and for different fuel/oxidizer ratios. The good maintenance of chemical information during the reduction has been confirmed by simulation results, as well as the sensitivity and flow analyses performed using the detailed and the skeletal model. The MD model is compared with available experimental ignition delay times of biodiesel fuels. The good agreement between the simulations and the experiments proves that this model is a reliable kinetic model for simulations, either used by itself or in combination with IDEA blend. To improve the mechanism analysis, this thesis introduces a new three-stage reactive flow analysis. The final skeletal n-decane/AMN/MD blend with skeletal base mechanism includes 295 species and 3500 reactions by using the CGR approach. Based on the above validations and comparisons, current blend is considered as one surrogate for biodiesel/diesel blends that is suitable for improving kinetic understanding and for application in engine simulations. N2 - In den letzten Jahren ist Biodiesel ein alternativer Kraftstoff für Petrodiesel, der erneuerbar ist und weniger schädliche Emissionen als herkömmlicher Dieselkraftstoff erzeugt. Gemischte Biodiesel, die in der Regel B20 oder unten ist, wurde am häufigsten verwendet. In der vorliegenden Arbeit wird der kinetische Mechanismus der Mischung vom n-Decan, dem α-Methylnaphthalin (AMN) und dem Methyldecanoat (MD) entwickelt und als Biodiesel-Dieselsurrogat validiert. Die IDEA Referenz Brennstoff (70% n-Decan/30% AMN) wurde in der Vergangenheit als zwei-Komponenten-Dieselsurrogat formuliert. Ein umfassendes und kompaktes Oxidationsmechanism für den IDEA Referenz Brennstoff wird entwickelt. Eine wichtige Interaktion über den Reaktionsweg von A2CH2 und HO2 wird beobachtet und dann ausführlich besprochen. Die IDEA Mischungen werden durch umfassende Experimente für n-Decan, AMN und die AMN-n-Decan-Mischungen validiert. Zündverzugszeiten, Flammengeschwindigkeiten, Stoffmengenanteile im Rührreaktoren (jet-stirred reactor) und Laborflammen werden erfolgreich für einen breiten Temperaturbereich (500-2000 K) und Drücke (1-50 bar) simuliert. Die Simulationen der IDEA mit dem aktuellen Modell zeigen akzeptable Übereinstimmung im Vergleich mit verschiedenen experimentellen Zündverzugszeiten und Flammengeschwindigkeiten von Dieselkraftstoff. MD gilt als zwei-Komponenten-Dieselsurrogat in Form von einer Kette, die aus zehn Kohlenstoffatomen und einem Methylester besteht. Ein umfassendes und kompaktes kinetisches Modell für MD wird entwickelt. Der Mechanismus wird kritisch durch Vergleich von Modellvorhersagen mit Experimenten über eine breite Temperatur (500 bis 1500 K) und Druck (1 bis 20 Bar) und für verschiedene Verhältnisse von Brennstoff/Oxidation getestet. Die chemischen Informationen während der Reduktion wurden durch die Simulationsergebnisse sowie durch Sensitivitätsanalysen und Strömungsanalysen bestätigt, die mit dem detaillierten und dem Skelettmodell durchgeführt wurden. Das MD Modell wird mit verfügbaren experimentellen Zündverzugszeiten von Biodiesel-Brennstoffen verglichen. Die gute Übereinstimmung zwischen den Simulationen und den Experimenten beweist, dass dieses Modell ein zuverlässiges kinetisches Modell für Simulationen ist, die entweder von selbst oder in Kombination mit IDEA-Mischungen verwendet werden. Um den Mechanismus zu verbessern, wird es in der Arbeit eine neue drei-stufige reaktive Strömungsanalyse eingeführt. Die endgültige Skelett n-Decan/AMN/MD-Mischung mit Skelett-Base-Mechanismus umfasst 295 Spezies und 3500 Reaktionen mit Hilfe der CGR-Methode. Basierend auf die oben genannten Validierungen und Vergleiche gilt diese Mischung als ein Biodiesel-Dieselsurrogat, das geeignet für die Verbesserung des kinetischen Verständnisses und für die Anwendung in Motor-Simulationen ist. KW - α-Methylnaphthalene KW - n-Decane KW - Methyl-Decanoate KW - Biodiesel-Dieselsurrogat KW - Biodiesel surrogate modeling KW - Kinetic modeling KW - α-Methylnaphthalin KW - n-Decan KW - Methyldecanoat KW - Kinetische Modellierung KW - Biodiesel KW - Kraftstoffherstellung Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46687 ER -