The ignition delay of a dual fuel system has been numerically investigated by adopting a constant volume chamber as a model problem simulating diesel engine relevant conditions. A detailed chemical kinetic mechanism, consisting of 28 species and 135 elementary reactions, of dimethyl ether (DME) with methane ($CH_{4}$) sub-mechanism has been used in conjunction with the multi-dimensional reactive flow KIVA-3V code to simulate the autoignition process. The start of ignition was defined as the moment when the maximum temperature in the combustion vessel reached to 1900 K with which a best agreement with existing experiment was achieved. Ignition delays of liquid DME injected into air at various high pressures and temperatures compared well with the existing experimental results in a combustion bomb. When a small quantity of liquid DME was injected into premixtures of $CH_{4}$/air, the ignition delay times of the dual fuel system are longer than that observed with DME only, especially at higher initial temperatures. The variation in the ignition delay between DME only and dual fuel case tend to be constant for lower initial temperatures. It was also found that the predicted values of the ignition delay in dual fuel operation are dependent on the concentration of the gaseous $CH_{4}$ in the chamber charge and less dependent on the injected mass of DME. Temperature and equivalence ratio contours of the combustion process showed that the ignition commonly starts in the boundary at which near stoichiometric mixtures could exists. Parametric studies are also conducted to show the effect of additive such as hydrogen peroxide in the ignition delay. Apart from accurate predictions of ignition delay, the coupling between multi-dimensional flow and multi-step chemistry is essential to reveal detailed features of the ignition process.
Hydrogen-dimethy ether (DME) and hydrogen-diesel compression ignition engine combustion were investigated and compared each other in a single cylinder compression ignition engine. Hydrogen and DME were used as low carbon alternative fuels to reduce green house gases and pollutant. Hydrogen was injected at the intake manifold with an injection pressure of 0.5 MPa at fixed injection timing, $-210^{\circ}CA$ aTDC. DME and diesel were injected directly into the cylinder through the common-rail injection system at injection pressure of 30 MPa. DME and diesel inejction timing was varied to find the optimum CI combustion to reduce CO, HC and NOx emissions. When DME was injected early, CO and HC emissions were high while NOx emission was low. Fuel consumption, heat release rate, and exhaust emissions were measured to analyze each combustion characteristics of each ignition promoter. Fuel consumption was decreased when diesel was used as an ignition promoter. This is due to the lower volatility of diesel which created more stratified charge than DME.
Choi, Chang Woo;Cho, Wonihl;Baek, Young Soon;Row, Kyung Ho
Applied Chemistry for Engineering
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v.17
no.2
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pp.125-131
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2006
Dimethyl ether (DME) is a new clean fuel as an environmentally-benign energy resource. DME can be manufactured from various energy sources including natural gas, coal, biomass and spent plastic. In addition to its environmentally friendly properties, DME has similar characteristics to those of LPG. Therefore, it is considered as an excellent substitute fuel for LPG, fuel cells, power plant, and especially diesel and is expected to be the alternative fuel by 2010. The experimental study of the direct synthesis of DME was investigated under various conditions over a temperature range of $220{\sim}280^{\circ}C$, syngas ratio 1.2~3.0. All experiments were carried out with a hybrid catalyst, composed of a methanol synthesis catalyst ($Cu/ZnO/Al_2O_3$) and a dehydration catalyst (${\gamma}-Al_2O_3$). The observed reaction rate follows qualitatively a Langmiur-Hinshellwood model as the reaction mechanism. Such a mechanism is considered with three reactions; methanol synthesis, methanol dehydration and water gas shift reaction. From a surface reaction with dissociative adsorption of hydrogen, methanol, and water, individual reaction rate was determined.
International Journal of Advanced Culture Technology
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v.8
no.2
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pp.246-251
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2020
Dimethyl Ether(DME) engine use a highly efficient alternative fuel having a great quantity of oxygen and has a advantage no polluting PM gas. The existing DME fuel cam material is a highly expensive carbide alloy, and it is difficult to take a price advantage. Therefore the study of replacing body area with inexpensive steel material excluding piston shoe and contact area which demands high characteristics is needed. The development of WC-Ni base carbide alloy optimal bonding composition technique was accomplished in this study. To check out the influence of bonding temperature and time, bonding characteristics of sintering temperature was experimented. The hardness of specimen and bonding rate were measured using ultrasound equipment. The bonding state of each condition was excellent, and the thickness of mid-layer, temperature and maintaining time were measured. The mid-layer thickness according to bonding temperature and maintaining time were observed with optical microscope. We analyzed the micro-structural analysis, formation of bonding specimen, wafer fabrication and fuel cam abrasion test. Throughout this study, we confirmed that the fuel cam for DME engine which demands high durability against velocity and pressure is excellent.
DME (Dimethyl Ether, $CH_3OCH_3$) has highly attracted attention as an alternative fuel for transportation, power generation and LPG substitute owing to its easy transportation and cleanliness. This study was conducted to verify the combustion performance and to identify potential problems when DME is fuelled to a gas turbine. GE7EA gas turbine of Pyong-Tak power plant was selected as a target to apply the DME. Combustion tests were conducted by comparing DME with methane, which is a major component of natural gas, in terms of combustion instability, $NO_X$ and CO emissions, and the outlet temperature of the combustion chamber. The results of the performance tests show that DME is very clean but has a low combustion efficiency in low load condition. From the results of the fuel nozzle temperature we have ascertained that DME is easy to flash back, and this property should be considered when operating a gas turbine and retrofitting a burner.
In order to separate the fuel-grade DME from the product of a direct DME synthesise reaction, containing 19~20% of DME, an absorption column and a purification column were employed. In the DME absorption column, the flow rate of the methanol required to recover more than 99% of DME at 50 bar was estimated by the correlation obtained from the lab-scale experiments. In the DME purification column, the maximum DME recovery of 98.2% could be obtained even from the side stream at the 3rd stage above the feed stage, since the feed stream originated from the product of the absorption column had already contained a large amount of DME (20~30 mol%) and only a small amount of light products such as $CO_2$ and $N_2$ (5~10 mol%).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.4
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pp.371-376
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2012
The experimental test was conducted for a heavy-duty DME bus in JE-05 exhaust gas test mode using a chassis dynamometer, exhaust gas analyzers, and a PM measurement system. The heavy-duty DME bus was not equipped with after-treatment systems such as DOC or DPF. The dynamic behavior, emission characteristics, and fuel economy of the bus were investigated with an 8.0-liter, 6-cylinder conventional diesel engine. The results showed that the dynamic behavior in DME mode was almost the same as in diesel mode. However, there was little difference among the two operation modes for $NO_x$ and CO emissions. THC emissions were lower for DME mode than for diesel mode. Also, the amount of PM emissions was remarkably lower than for the diesel mode because DME contains a greater amount of oxygen than diesel. The data showed that $CO_2$ emissions were almost similar in the two modes but fuel economy (calculated using heating value) was lower for DME mode than for diesel mode.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.6
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pp.107-116
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2012
In this study, the trucks(2.9-liter) have been developed to use DME as fuel, and performance test of the vehicle's DME engine, power, emissions, fuel economy and vehicle aspects was conducted. For experiments, the fuel system(common-rail injectors and high-pressure pump included) and the engine control logic was developed, and ECU mapping was performed. As a result, the rail pressure from 40MPa to approximately 65% increase compared to the base injector has been confirmed that. Also, the pump discharge flow is 15.5 kg/h when the fuel rail pressure is 400rpm(40MPa), and the pump discharge flow is 92.1 kg/h when the fuel rail pressure is 2,000rpm(40MPa). The maximum value of full-load torque capability is 25.5 kgfm(based on 2,000 rpm), and more than 90% compared to the level of the diesel engine were obtained. The DME vehicle was developed in this study, 120 km/h can drive to the stable, and calculated in accordance with the carbon-balance method of fuel consumptions is 5.7 km/L.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.2
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pp.90-97
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2012
It is investigated of the DME spray characteristics about varied ambient pressure and fuel injection pressure using the common rail fuel injection system when the nozzle holes diameter is varied. The common rail fuel injection system and fuel cooling system is used since DME has compressibility and vaporization in atmospheric temperature. The fuel injection quantity and spray characteristics were measured. The spray was analyzed of spray shape, penetration length, and spray angle at the six nozzle holes. The 2 types injector were used, the one was 0.166 mm diameter the other one was 0.250 mm diameter. The ambient pressure which is based on gage pressure was 0 MPa, 2.5 MPa, and 5 MPa. The fuel injection pressure was varied by 5 MPa from 35 MPa to 70 MPa. When using the converted injector, compared to using the common injector, the DME injection quantity was increased 127 % but it didn't have the same heat release. Both of the common and converted injector had symmetric spray shapes. In case of converted injector, there were asymmetrical spray shapes until 1.2 ms, but after 1.2 ms the spray shape was symmetrical. Compared with the common and converted injector, the converted injector had shorter penetration length and wider spray angle than the common injector.
In this study, the trucks(2.9-liter) have been developed to use DME as fuel, and performance test of the vehicle's DME engine, power, emissions, fuel economy and vehicle aspects was conducted. For experiments, the fuel system(common-rail injectors and high-pressure pump included) and the engine control logic was developed, and ECU mapping was performed. As a result, the rail pressure from 40MPa to approximately 65% increase compared to the base injector has been confirmed that. Also, the pump discharge flow is 15.5 kg/h when the fuel rail pressure is 400rpm(40 MPa), and the pump discharge flow is 92.1 kg/h when the fuel rail pressure is 2,000rpm(40MPa). The maximum value of full-load torque capability is 25.5kgfm(based on 2,000rpm), and more than 90% compared to the level of the diesel engine were obtained. The DME vehicle was developed in this study, 120 km/h can drive to the stable, and calculated in accordance with the carbon-balance method of fuel consumptions is 5.7 km/L.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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