This thesis investigates the laminar flame speed of C₁-C₃ alkanes and their binary mixtures at conditions of interest in natural gas based gas turbines viz. high temperature, pressure and dilution. Laminar flame speed has been found useful not only for validating chemical kinetics mechanisms but also for developing empirical scaling laws for practical combustion systems. The thesis addresses the lack of laminar flame speed data of C₁-C₃ alkanes at preheat (300-650 K), pressure (1-10 atm) and significant oxidizer dilution (15-21 vol% O₂). Over 400 measurements are reported over a wide range of conditions along with comparison to predictions from leading chemical mechanisms. Unstretched flame speed measurements were performed using a modified Bunsen flame technique based on reaction zone area from chemiluminescence imaging, whereas the strain sensitivity measurements were performed using a bluff-body stabilized stagnation flame with high resolution PIV. These measurements are used to: (i) discern the uncertainties associated with the measurements, (ii) understand the effect of fuel mixture and vitiation on flame speed, and (iii) validate the performance of the leading chemical kinetics mechanisms. Extensive testing shows the unstretched flame speed measurements from the modified Bunsen technique are reasonably accurate. Vitiation studies for methane and propane flames at high preheat show the reduction in flame speed results primarily from the thermal effect of the diluent and that the relative change in flame speed from the undiluted mixture is well correlated to the fractional change in the adiabatic flame temperature over a range of conditions. Significant difference in the measured and predicted flame speeds were observed for rich, atmospheric pressure, propane and lean, high pressure, methane/ethane mixtures with dilution. This highlights possible avenues for improvements in the chemical kinetics mechanisms. Systematic errors were also identified in the Bunsen flame measurements at certain conditions, such as for rich flames with dilution, indicating a need for better understanding of the Bunsen flame technique at these conditions. The difference in the measured and predicted flame speed does not show any clear correlation with the flame height or the strain sensitivity of the mixture. Finally previously proposed mixing rules for estimating flame speed of fuel mixtures from pure fuel components are shown to be reasonably accurate over a range of pressure, reactant temperature and dilution conditions.

No description available.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της δυναμικής του αζώτου σε καλλιέργεια γλυκού σόργου. Χρησιμοποιήθηκαν φυτά γλυκού σόργου [Sorghum bicolor (L) Moench] ποικιλίας Keller και πραγματοποιήθηκαν αφ’ ενός πειράματα στο πεδίο αφ’ ετέρου πειράματα σε πλαστικά δοχεία. Τα πειράματα πεδίου πραγματοποιήθηκαν σε αγρόκτημα του Πανεπιστημίου Πατρών, τις καλλιεργητικές περιόδους του 2004 και 2005, και περιλάμβαναν δύο χειρισμούς (βιολογική και συμβατική διαχείριση της γονιμότητας του εδάφους), με τρεις επαναλήψεις ο καθένας σε πλήρη τυχαιοποιημένη διάταξη. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων πεδίου, έδειξαν ότι η βιολογική διαχείριση της γονιμότητας του εδάφους ευνόησε τη διαθεσιμότητα του εδαφικού νιτρικού αζώτου. Το 2004, μέχρι και την ολοκλήρωση της άνθησης, τα φυτά του βιολογικού χειρισμού συσσώρευσαν περισσότερο άζωτο από ό,τι τα φυτά του συμβατικού χειρισμού, αν και οι διαφορές δεν ήταν στατιστικά σημαντικές, εκτός από τη δεύτερη δειγματοληψία, όπου τα φυτά του συμβατικού χειρισμού συσσώρευσαν 2,69 N gm-2, ενώ για τα φυτά του βιολογικού χειρισμού η αντίστοιχη τιμή ήταν 5,12 N gm-2. Το 2005, η συσσώρευση αζώτου ακολούθησε παρόμοια πορεία μέχρι τα μέσα της άνθησης και οι διαφορές δεν ήταν στατιστικά σημαντικές, εκτός από τη τρίτη δειγματοληψία, όπου τα φυτά του συμβατικού χειρισμού συσσώρευσαν 3,61 N gm-2, ενώ για τα φυτά του βιολογικού χειρισμού η αντίστοιχη τιμή ήταν 4,61 N gm-2. H επίδραση εμβολίων Azospirillum brasilense, σε παραμέτρους αύξησης φυτών γλυκού σόργου και στην πρόσληψη αζώτου από τα φυτά, υπό διαφορετικά επίπεδα αζωτούχου λίπανσης μελετήθηκε σε πειράματα σε πλαστικά δοχεία. Το κάθε πείραμα περιλάμβανε πέντε χειρισμούς με τριάντα επαναλήψεις, έκαστος. Τα φυτά που εμβολιάστηκαν με Azospirillum brasilense και έλαβαν τη μισή ποσότητα αζώτου, έδωσαν 7,69 g ξηρής βιομάζας φυτό-1 στο τέλος του πρώτου πειράματος και 4,89 g ξηρής βιομάζας φυτό-1 στο τέλος του δεύτερου πειράματος, ενώ τα φυτά που δέχθηκαν πλήρη λίπανση αζώτου χωρίς εμβόλιο έδωσαν 2,39 και 2,04 g ξηρής βιομάζας φυτό-1 στο τέλος του πρώτου και δεύτερου πειράματος αντιστοίχως. Οι διαφορές των χειρισμών ανά πείραμα ήταν στατιστικά σημαντικές. Το συνολικό προσλαμβανόμενο άζωτο από τα φυτά που εμβολιάστηκαν με Azospirillum brasilense και έλαβαν τη μισή ποσότητα αζώτου ήταν 153,23 και 99,96 mg φυτό-1 στο τέλος του πρώτου και του δεύτερου πειράματος αντιστοίχως. Οι τιμές ήταν υψηλότερες σε σχέση με τις τιμές του συνολικού προσλαμβανόμενου αζώτου των φυτών των λοιπών και οι διαφορές ήταν στατιστικά σημαντικές. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν υψηλή αξιοποίηση του εφαρμοζόμενου αζώτου των φυτών που εμβολιάστηκαν με Azospirillum. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν την βιωσιμότητα ενός βιολογικού συστήματος καλλιέργειας, όσον αφορά την κάλυψη των αναγκών των φυτών σε άζωτο. Η υψηλή αξιοποίηση του αζώτου από τα φυτά γλυκού σόργου, οδηγεί στη μείωση εφαρμογής αζωτούχων λιπασμάτων και συμβάλλει στη μείωση του κόστους καλλιέργειας, στη μείωση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και στην μείωση διήθησης νιτρικών στο υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. / The aim of the present thesis was to study the nitrogen dynamics in sweet sorghum crop. Sweet sorghum plants [Sorghum bicolor (L) Moench] variety Keller were used, and field and experiments were conducted. Field experiments were conducted during 2004 and 2005 growing seasons at the experimental station of the University of Patras, Greece and there were two treatments (biological and conventional soil fertility treatment), in a randomized complete block experimental design with three replications. The results showed that biological soil fertility treatment favour soil nitrate nitrogen concentration. In 2004, until completion of blooming, nitrogen uptake was higher in plants cultivated on biological fertility treated soil than in them cultivated on conventional but the differences were not statistically significant, except in second sampling, which nitrogen uptake was 2,69 N gm-2 in plants cultivated on conventional fertility treated soil and it was 5,12 N gm-2 in plants cultivated on conventional fertility treated soil. In 2005, until half of blooming, nitrogen uptake was similarly ranged for both treatments but the differences were not statistically significant, except in third sampling, which nitrogen uptake was 3,61 N gm-2 in plants cultivated on conventional fertility treated soil and it was 4,61 N gm-2 in plants cultivated on conventional fertility treated soil. Τhe effect of Azospirillum brasilense inoculation on growth parameters and nitrogen uptake in sweet sorghum plants fertilized with various nitrogen levels, was studied during pot experiments. Each experiment was including five treatments and thirty replications of each. Plants inoculated with Azospirillum brasilense and receiving half amount of nitrogen fertilizer produced 7,69 g dry biomass plant-1 at the end of the first experiment and they produced 4,89 at the end of the second one, while plants receiving full amount of nitrogen fertilizer and no inoculation produced 2,39 and 2,04 g dry biomass plant-1 at the end of the first and second experiment, respectively. Differences among treatments in each experiment, were statistically significant. Total nitrogen uptake in Plants inoculated with Azospirillum brasilense and receiving half amount of nitrogen fertilizer was 153,23 and it was 99,96 mg plant-1 at the end of first and second experiment, respectively. Those plants showed higher nitrogen uptake than plants from each other treatment and the differences were statistically significant. Results showed that treatments which inoculated with Azospirillum brasilense were the most efficient in terms of nitrogen uptake. These results indicate that biological management provides an adequate nitrogen nutrition to sweet sorghum crop. High nitrogen efficiency in sweet sorghum plants leads in reduced applying nitrogen fertilization and contribute in reduced crop cost, in reduced emission of the greenhouse gas and in reduced leaching of NO3-N to ground water.