Soot formation propensity of jet fuel surrogates : experimental analysis and kinetic modeling of doped methane and ethylene laminar diffusive flames

The future fuel supply will become more and more diversified and burning a broad range of fuels as well as reduction of pollutant formation will pose new challenges to the implementation of combustion of heavy compounds, such as jet fuel. This trend will necessitate fundamental studies in well-defined and well-controlled environments to establish the chemical kinetic behavior of these complex fuel blends. Characterization and simulation of jet fuel chemical kinetics and transport is only practical by identifying surrogate mixtures having a small number of components. In this work the Aachen surrogate (a two-component surrogate of the jet fuel) and its single components, n-decane and trimethylbenzene, has been used as dopants in a methane and an ethylene counterflow diffusion flame to study the effects of these heavy compounds in the formation of pollutants and soot precursors and their mechanisms of formation. A computational simulation of the same flames, using a detailed kinetic model, has been performed to compare the results with the experimental ones.

Le future riserve di carburanti diventeranno via via sempre più diversificate e l’utilizzo di un’ampia gamma di prodotti, così come la riduzione della produzione di inquinanti, porrà nuove sfide nel miglioramento della combustione di composti pesanti quali il jet fuel. Questo renderà necessari studi in ambienti controllati e caratterizzati da una fluidodinamica semplice per poter stabilire il comportamento chimico di queste miscele complesse. La caratterizzazione e la simulazione della cinetica chimica e dei fenomeni di trasporto del jet fuel è praticabile solo identificando miscele di surrogati con un numero limitato di componenti. In questo elaborato sono stati utilizzati il surrogato Aachen e i suoi singoli componenti, n-decano e trimetilbenzene, come agenti dopanti. Questi sono stati addizionati a due fiamme laminari contro diffusive, una alimentata con metano e l’altra con etilene, per studiare l’effetto di questi composti pesanti nella formazione di inquinanti e di precursori del soot, nonché i loro meccanismi di formazione. Si è svolta anche un’analisi computazionale delle stesse fiamme, utilizzando uno schema cinetico dettagliato, e si sono confrontati questi risultati con quelli sperimentali raccolti.