Presentation av Förbränningsfysik Hemsida www.forbrf.lth.se Per-Erik Bengtsson per-erik.bengtsson@forbrf.lth.se Delaktighet i kursen FMFF05 Föreläsning om Förbränning första lektionen HT2 Laboration i Förbränning HT2, läsvecka 2 och 3, 4 timmar Termodynamik och Förbränning, Mätteknik Utdelning av laborationshandledning på föreläsningen Teckningslista för laboration i samband med föreläsningen Projekt HT2 mer info sist i presentationen idag. 1
Avdelningen för Förbrännings- Fysik, Fysiska Institutionen ~ 45 anställda ~ hälften doktorander examensarbetare Forskning inom lasermätteknik kemisk kinetik gnistantändning turbulent förbränning Nätverk och samarbeten med andra institutioner på LTH andra universitet och högskolor industriföretag internationella universitet och forskningsintitut 2
Varför lyser en flamma gul? Nanometerstora partiklar avger strålning: Planck s strålningslag 2 2hc 1 I( ) 5 hc / kt e 1 Wien s förskjutningslag max T 2,898 10 3 K m Stefan-Boltzmann s lag 4 I T Om Förbränning och Energi Energibehovet i världen Hur stor del från förbränning? 3
Prognos världens energibehov överraskning Global energianvändn nng Organiska och fossila bränslen Nya och förnybara energikällor geotermisk sol ny biomassa vind kärnkraft vattenkraft gas olja År kol biomassa Om Förbränning och Energi Energibehovet i världen Hur stor del från förbränning? Förbränningsprocesser kommer att vara viktiga under överskådlig tid Det finns inga uppenbara totallösningar Hur kommer Indien och Kina att lösa sina framtida energibehov? Fossila bränslen fasas ut Det är en ändlig resurs De bidrar till växthuseffekten Sämre kvalitet, dyrare att utvinna i framtiden Biobränslen ersätter fossila bränslen Ofta "för dyrt" att framställa just nu Vilket biobränsle är rätt? Är det acceptabelt att använda livsmedel till bränslen? 4
NO 2 är en brun giftig gas Om Förbränning och Miljö Förbränningsprocesser är mycket renare nu än för några decennier sedan Kan ge utsläpp av kolväten, CO, NO x, SO x, Partiklar, Dioxin, Tungmetaller Ökad medvetenhet om negativa miljökonsekvenser (försurning, smog, växthuseffekt, etc.) Ökad kunskap från forskning (avancerad mätteknik, bättre teoretiska modeller, större beräkningskapacitet) Bättre design av förbränningsapparater Bättre metoder för rening 5
Om Förbränning och Miljö Förbränningsprocesser är mycket renare nu än för några decennier sedan Kan ge utsläpp av kolväten, CO, NO x, SO x, Partiklar, Dioxin, Tungmetaller Ökad medvetenhet om negativa miljökonsekvenser (försurning, smog, växthuseffekt, etc.) Ökad kunskap från forskning (avancerad mätteknik, bättre teoretiska modeller, större beräkningskapacitet) Bättre design av förbränningsapparater Bättre metoder för rening Förbränningsprocesser är mycket effektivare idag än för några decennier sedan Fordon har t.ex. lägre bränsleförbrukning CO 2 -utsläpp är proportionellt mot bränsleförbrukning 6
Förbränning är komplext! Delområden Kemisk kinetik Flödeskarakteristik Fysikaliska processer Diffusion Värmeledning Strålning Termodynamik Olika faser Gaser Droppar Partiklar Exempel på turbulent förbränning Verktyg Teoretisk utveckling Numerisk modellering Experimentella tekniker Lasertekniker! Reaktionsmekanism för vätgas Nummer Reaktion 1 H + O 2 OH + O 2 O + H 2 H + OH 3 OH + H 2 H + H 2 O 2H 2 + 1O 2 2H 2 O 4 O + H H2 O OH + OH 5 H 2 + M H + H + M 6 O + O + M O 2 + M 7 O + H + M OH + M 8 H + O + M H 2 O + M 9 H + O 2 + M HO 2 + M 10 HO 2 + H H 2 + O 2 11 HO 2 + H OH + OH 12 HO 2 + O OH + O 2 13 HO 2 + OH H 2 O + O 2 14 HO 2 + HO 2 H 2 O 2 + O 2 15 H 2 O 2 + M OH + OH + M 16 H 2 O 2 + H H 2 O + OH 17 H 2 O 2 + H H 2 + HO 2 18 H 2 O 2 + O OH + HO 2 19 H 2 O 2 + OH H 2 O + HO 2 7
Förbränning av metan 1 CH 4 + 2 O 2 1 CO 2 + 2 H 2 O På molekylär nivå CH 4 CH 3 + H H + O 2 OH + O o.s.v Denna mekanism beskriver förbränning av metan: 2D-LIF-avbildning OH i Bunsenflamma Laser-inducerad Fluorescens i OH Energi E=hc/ Gerling et al., RWTH Aachen, 26th Int. Symp. on Combustion, 1996 8
Varför forska i förbränningsprocesser? Ökad grundläggande förståelse för förbränning är önskvärd för att få lägre halter av föroreningar som sot och kväveoxider. skapa effektivare förbränningsprocesser med lägre bränsleförbrukning. utveckla alternativa ti förbränningsteknologier. undvika fenomen som detonation, antändning explosion, och brandspridning. Kort om projekten i HT2 Temat för projektdelen är Hållbar utveckling. Projekten väljs enligt utdelade förslag från avdelningarna Förbränningsfysik, Kärnfysik och Matematisk Fysik. Omfattande genomgång vid föreläsningen den 13 oktober. Projektval görs sista sstaläsveckan iht1. Projekten startar läsvecka 1 i HT2; torsdag 6 november. Skriften Riktlinjer för projektarbete redogör för utformning, betygsättning och bedömningskriterier; delas ut den 13 oktober, på kurshemsidan från 6 oktober. Arbetena utföres företrädesvis i grupp om två studenter. Varje grupp får en mentor att rådfråga. Mentorn är ett "bollplank" för idéer, ni gör jobbet. Utnyttja mentorn! Boka möte varje vecka! Det är obligatoriskt att träffa mentorn vid tre tillfällen. Projektet redovisas med skriftlig rapport och muntlig presentation. Arbetet med den skriftliga rapporten pågår under 4-5 veckor i HT 2. Inlämning av skriftlig rapport sker i veckan före den muntliga presentationen. Muntliga presentationer; 15/12 eller 17/12. Halvdagsseminarier. 9
Föreläsning om vetenskapligt skrivande tisdagen den 25/11 kl. 8.15-10.00 i sal Rydberg obligatorisk närvaro Syftet med denna föreläsning är att stödja rapportskrivningsprocessen. Inspirationsföreläsning av Prof. Thomas B. Johansson måndagen den 1/12, 13:15-15:00 i sal Rydberg. obligatorisk närvaro regeringens särskilde utredare om Fossilfri fordonstrafik uppdrag som co-chair i Global Energy Assessments exekutivkommitté. Kursens hemsida http://www.matfys.lth.se/education/fmff05/ 10