The oxidation of syngas mixtures was investigated experimentally and simulated with an updated chemical kinetic model. Ignition delay times for H2/CO/O2/N2/Ar mixtures have been measured using two rapid compression machines and shock tubes at pressures from 1 to 70 bar, over a temperature range of 914–2220 K and at equivalence ratios from 0.1 to 4.0. Results show a strong dependence of ignition times on temperature and pressure at the end of the compression; ignition delays decrease with increasing temperature, pressure, and equivalence ratio. The reactivity of the syngas mixtures was found to be governed by hydrogen chemistry for CO concentrations lower than 50% in the fuel mixture. For higher CO concentrations, an inhibiting effect of CO was observed. Flame speeds were measured in helium for syngas mixtures with a high CO content and at elevated pressures of 5 and 10 atm using the spherically expanding flame method. A detailed chemical kinetic mechanism for hydrogen and H2/CO (syngas) mixtures has been updated, rate constants have been adjusted to reflect new experimental information obtained at high pressures and new rate constant values recently published in the literature. Experimental results for ignition delay times and flame speeds have been compared with predictions using our newly revised chemical kinetic mechanism, and good agreement was observed. In the mechanism validation, particular emphasis is placed on predicting experimental data at high pressures (up to 70 bar) and intermediate- to high-temperature conditions, particularly important for applications in internal combustion engines and gas turbines. The reaction sequence H2+HO˙2↔H˙+H2O2 followed by H2O2(+M)↔O˙H+O˙H(+M) was found to play a key role in hydrogen ignition under high-pressure and intermediate-temperature conditions. The rate constant for H2+HO˙2 showed strong sensitivity to high-pressure ignition times and has considerable uncertainty, based on literature values. A rate constant for this reaction is recommended based on available literature values and on our mechanism validation.

This work presents an updated experimental and kinetic modeling study of n-heptane oxidation. In the experiments, ignition delay times of stoichiometric n-heptane/air mixtures have been measured in two different high-pressure shock tubes in the temperature range of 726–1412 K and at elevated pressures (15, 20 and 38 bar). Meanwhile, concentration versus time profiles of species have been measured in a jet-stirred reactor at atmospheric pressure, in the temperature range of 500–1100 K at φ = 0.25, 2.0 and 4.0. These experimental results are consistent with those from the literature at similar conditions and extend the current data base describing n-heptane oxidation. Based on our experimental observations and previous modeling work, a detailed kinetic model has been developed to describe n-heptane oxidation. This kinetic model has adopted reaction rate rules consistent with those recently developed for the pentane isomers and for n-hexane. The model has been validated against data sets from both the current work and the literature using ignition delay times, speciation profiles measured in a jet-stirred reactor and laminar flame speeds over a wide range of conditions. Good agreement is observed between the model predictions and the experimental data. The model has also been compared with several recently published kinetic models of n-heptane and shows an overall better performance. This model may contribute to the development of kinetic mechanisms of other fuels, as n-heptane is a widely used primary reference fuel. Since the sub-mechanisms of n-pentane, n-hexane and n-heptane have adopted consistent reaction rate rules, the model is more likely to accurately simulate the oxidation of mixtures of these fuels. In addition, the successful implementation of these rate rules have indicated the possibility of their application for the development of mechanisms for larger hydrocarbon fuels, which are of great significance for practical combustion devices.

The growing attention towards biomass and biomass-derived fuels for transportation, energy production, forest fire prevention, and safety applications stimulated significant research activities focused on understanding the chemical kinetics of oxygenated aromatic hydrocarbons, which represent important reference components for biofuels. This motivates the current investigation of the ignition behavior of benzyl alcohol, benzaldehyde, and phenol, which exhibit intertwined reaction pathways. Novel ignition delay time data were measured in a shock tube and a rapid compression machine covering pressures from 10 to 40 bar and temperatures from 860–1250 K. In addition, a kinetic model was developed and used to analyze critical reaction pathways in comparison to models from literature. It is shown that the phenyl-phenoxy-phenyl peroxy subsystem plays a key role not only in the oxidation of benzaldehyde, but also in the oxidation of benzene and phenol. Comparison of the current model with a recent version of the CRECK mechanism reveals that differences are present with respect to the dominant reaction pathways that have a strong influence on the formation of Ö radicals. Further investigations are required to resolve this discrepancy reconciling theory, modelling, and the unfortunately limited number of systematic experimental data to which this work significantly contributes.

In the search for alternative energy carriers that can replace conventional fossil fuels, sustainably produced oxygenated hydrocarbons represent a promising class of potential candidates. An illustrative member of this class of alternative biofuels are oxymethylene ethers (OMEs). This study makes a contribution to this objective by investigating hydroxy ethers, specifically methoxymethanol, ethoxymethanol, and 2-methoxyethanol. These bifunctional oxygenated molecules are relevant intermediates formed during the combustion of OMEs or via an equilibrium reaction in methanol and formaldehyde mixtures. The high-temperature chemistry of hydroxy ethers is examined, with a particular focus on the unimolecular reactions involving H atom migration and bond fission. Quantum chemical calculations are utilized to gain insights into these processes. The results include bond dissociation energies, one-dimensional representations of the potential energy surfaces along the reaction coordinate for the simulated reactions, thermodynamic properties, and reaction rate parameters, which were derived via established ab initio methods. A detailed account of the unimolecular decomposition reactions of methoxymethanol, ethoxymethanol, and 2-methoxyethanol is provided, including the predominant reaction rates and pressure dependencies. The BDEs are benchmarked against data from different literature sources. For ME, a direct comparison of BDEs and reaction constants is performed with the results of previous studies. The derived reaction parameters for all three hydroxy ethers are compared to the results obtained via theoretical methods for dimethoxymethane and diethoxymethane, which feature similar chemical structures. The high-temperature chemistry of methoxymethanol and ethoxymethanol shares similarities and is dominated by rapid H atom migrations, forming alcohol + formaldehyde. This reaction is geometrically constrained in 2-methoxyethanol and therefore bond fission reactions dominate. A brief systematic comparison of the bifunctional oxygenated structure of hydroxy ether with other fuel species, such as

Rapid compression machines (RCMs) are versatile experimental facilities that provide engine-relevant conditions under well-defined boundary conditions. However, they have barely been used to study the laminar flame propagation under such conditions. Therefore, this study examines the applicability of RCMs for the investigation of laminar burning velocities (LBVs). Disturbances induced by the ignition electrodes are studied with hot wire measurements. The findings suggest that in the present investigation the ignition should not occur sooner than ≈76 ms after end of compression (EOC) for a compression phase of around 29 ms as flow field disturbances have subsided to a minimum at this time. Furthermore, the evaluation of flame speed should not last more than 200 ms after EOC as the roll-up vortex then starts to disturb the homogeneous temperature distribution. The experimental procedure is described taking into account the development of cellular unstable flames for hydrogen-containing blends. In addition, an uncertainty quantification has been conducted and uncertainties in the LBV of ±6% have to be expected. Finally, LBVs have been derived with the RCM for neat methane and ammonia flames as well as equimolar blends consisting of these fuels and hydrogen. The investigated equivalence ratio ranged from 0.6 to 1.3 and included pressures at 4 and 9 bar. With a fixed compression ratio, the compressed gas temperature depended on the investigated gas mixture and reached from 618 to 751 K. Different kinetic mechanisms have been compared to the obtained data, and the C3MechV3.5 revealed the best overall predictions with a mean error of −2% and a standard deviation of ±7%. However, model inconsistencies of the LBV results remain with regard to an overprediction of the hydrogen-ammonia blends and a slight underprediction of the hydrogen-methane blends. In conclusion, the RCM seems to be an appropriate facility for the investigation of LBVs.