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Las ventajas de los ciclos de detonación involucrando combustión supersónica han sido reconocidas desde hace varias décadas. Sin embargo, estos ciclos, que son más eficientes que los usados actualmente en aplicaciones comerciales (basados en combustión subsónica y diversas variantes del ciclo Brayton de presión constante), no han sido implementados aún en sistemas de generación de potencia operando en flujo continuo.
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Hydrogen offers significant advantages as a green fuel, producing no carbon compounds that contribute to the greenhouse effect or harm human health. However, hydrogen combustion can be inherently unstable, particularly under fuel-lean conditions, where thermo-diffusive instabilities may occur [1]. This necessitates further fundamental studies to understand the physicochemical mechanisms that control the instability of hydrogen-air flames. The main objective of this project is to measure key physical variables in hydrogen flames¿such as temperature, density, and velocity¿to improve our understanding of the underlying phenomena. The specific objectives of this research proposal are as follows: (i) To conduct novel measurements of two-dimensional temperature (Interferometry), density fields (Schlieren), and convective velocity (Velocimetry BOS) in ultra-lean premixed laminar hydrogen-air flames (ii) To establish a database that enhances the understanding of ultra-lean hydrogen combustion, contributing to the validation and development of numerical models for hydrogen combustion. (iii) To train postgraduate students in the development, implementation, and application of non-intrusive experimental techniques for studying hydrogen combustion. (iv) To publish the results in high-impact international journals. (v) open a new field of collaboration with PUCP-Peru in non-intrusive experimental diagnostic methods.
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Mitigating soot's harmful effects involves designing less polluting combustion devices and finding eco-friendly fuels, including doping fossil fuels with additives and using biofuels. Oxygenated fuels like alcohols, ethers, and non-edible oils are suggested as blends with biodiesel. Engine-level studies show that esters in biodiesel reduce emissions of CO, unburned hydrocarbons, PM, and other toxic emissions like SO$_x$. However, the effectiveness in soot reduction varies with the type of oxygen functional groups, with esters generally less effective than alcohols or ethers at the same oxygen mass fraction. While some studies have investigated soot from biofuels and blends, results are inconclusive, and further controlled experimental studies are needed. Few studies have examined soot properties from biofuels in laboratory flames. This project studies target diffusion flames of fossil fuels and biofuel blends under controlled conditions using a coflow configuration (fuel stream surrounded by an annular air flow). These target flames, established by the combustion community, facilitate result comparison between research groups. To investigate strain rate effects on soot properties, target flames will be perturbed by periodic acoustic forcing. This will study the interaction between transient flow and chemical kinetics under controlled perturbations, enhancing understanding of the transition from laminar to turbulent combustion. Soot properties such as temperature, volume fraction, primary sphere diameter, and chemical composition (maturity) vary among flames due to the strong coupling between soot surface processes and the gas phase. Detailed experimental characterization of fossil fuels with additives and biofuels is essential to generalize numerical models of soot over a wide range of fuels and conditions, and to generate a database for developing and validating these models.
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diésel subrogado en condiciones estables y perturbadas acústicamente a diferentes índices de oxígeno (OI). Para esto, se medirán la estructura reactiva de la llama y su campo de temperaturas, se caracterizará la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH's), la producción y morfología del hollín ($f_v$) y su oxidación (OH). Además, se estudiará la relación entre turbulencia y combustión en llamas estables y perturbadas acústicamente. Para alcanzar estos objetivos, se proponen una serie de diagnósticos ópticos por espectroscopia de emisión y absorción. Se busca determinar experimentalmente la competencia entre los procesos de formación y oxidación del hollín y su influencia sobre la radiación térmica emitida. La caracterización de la zona reactiva de la llama se analizará mediante la quimioluminiscencia de radicales químicos intermediarios como el OH* y el CH*. El campo de temperaturas de la llama se determinará aplicando la técnica de termometría de dos colores. La distribución de la fracción en volumen de hollín y del diámetro medio de partículas se cuantificará mediante técnicas de incandescencia inducida por láser (LII). La distribución cualitativa de los precursores de la formación de hollín (PAH) y del radical hidroxilo (OH*), responsable de la oxidación, se determinará mediante fluorescencia inducida por láser (LIF). Existen pocos estudios experimentales sobre la formación de hollín en llamas de diésel subrogado en la literatura, y aún menos que incluyan el efecto de perturbaciones acústicas en el proceso de formación de hollín. Estos datos experimentales son de gran utilidad para la validación de modelos numéricos que buscan mejorar los sistemas de combustión de forma limpia y eficiente, y para mejorar el entendimiento general de cómo se producen las partículas de hollín generadas por estos combustibles que son masivamente utilizados.
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