مطالعه عددی نقش نسبت هم ارزی بر پایداری شعله مشعل ترکیبی

در این پژوهش احتراق پیش آمیخته متان و هوا داخل مشعل ترکیبی متلخل شعله آزاد به روش تجربی و عددی مورد برررسی قرار گرفت. مشعل از یک استوانه متخلخل از جنس کاربید سیلیسیوم تشکیل شده که یک سوراخ سرتاسری در مرکز آن ایجاد شده است. ایجاد سوراخ داخل محیط متخلخل، موجب تشکیل هم زمان شعله داخل محیط متخلخل و شعله آزاد می شود. معادلات حاکم با در نظ گرفتن انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تابشی با روش حجم محدود گسته سازی شده و شرط عدم تعادل حرارتی بین فازهای گاز و جامد در مدل سازی جربان احتراقی داخل مشعل در نظر گرفته شده است. به منظور شبیه سازی فرایند احتراق و برآور مقدار تولید آلاینده ها، مکانیزم کاهش یافته GRI3.0 که شامل 16 جزء و 41 مرحله واکنش می باشد به کار رفته است. به منظور اعتبارسنجی مدل عددی، نمونه آزمایشگاهی این مشعل ساخته شد و مورد تست قرار گرفت. صحت سنجی و بررسی دقت روش حل عددی با مقایسه توزیع دما و میزان آلاینده ها حاصل از حل عددی و نتایج آزمون تجربی انجام شد و مطابقت خوبی بین نتایج مشاهده گردید. نقش نسبت هم ارزی بر پایداری شعله، با تعیین بیشینه سرعت پایداری و بیشینه دمای شعله مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت هم ارزی، بیشینه دمای شعله و محدوده پایداری شعله افزایش می یابد. تحلیل فرایندهای انتقال حرارت داخل محیط متخلخل نشان داد با افزایش نسبت هم ارزی، میزان بازگشت حرارت کاهش می یابد که این پدیده موجب گسترش محدوده عملکرد مشعل در رژیم های احتراقی رقیق می شود. بررسی تاثیر چگالی حفره بر پایدارسازی شعله نشان داد که محیط متخلخل با چگالی حفره کم در افزایش محدوده پایداری شعله مطلوب است. تحلیل میزان انتشار آلاینده های مشعل ثابت کرد که مقدا مونوکسید نیتروژن با افزایش نسبت هم ارزی افزایش یافته در حالی که مقدار مونوکسید کربن با افزایش نسبت هم ارزی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد و مقدار حداقل مونوکسید کربن در نسبت هم ارزی نزدیک به 0/6 به دست می آید.

کلیدواژه ها:

مشعل ترکیبی ، حل عددی ، مطالعه تجربی ، پایداری شعله ، نسبت هم ارزی