صادق تابع جماعت
-
در این پژوهش، در تکمیل مطالعات گذشته که متمرکز بر ساختار شعله و مقدار آلایندگی بوده اند، احتراق گاز زیستی، متشکل از متان و کربن دی اکسید، در یک محفظه احتراق میکروتوربینی به صورت تجربی مطالعه شده و تاثیر وجود کربن دی اکسید و تغییر نسبت آن در مخلوط سوخت بر پارامترهای عملکردی محفظه و آلاینده ی تولیدی آن بررسی می شود. مطالعه در دو توان حرارتی مختلف و در نسبت هم ارزی ثابت برای 2 گاز زیستی انجام شده است و با احتراق گاز طبیعی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که نسبت کربن دی اکسید در سوخت تاثیر زیادی بر ساختار شعله احتراق آشفته و پارامترهای عملکردی دارد. افزایش نسبت کربن دی اکسید در سوخت، سرعت احتراق را کاهش داده و باعث تاخیر در احتراق و افت دمای شعله می شود. بنابر نتایج بدست آمده، اگرچه افزودن CO2 باعث کاهش مقدار آلاینده ی NOx خروجی از محفظه شده است، ولی مقدار CO تولیدی محفظه افزایش یافته و دمای خروجی و متعاقبا، بازده محفظه افت کرده است. نتایج این مطالعه گواه این نکته است که استفاده از چنین سوخت هایی در سیستم های احتراقی با مشعل های پیچشی ممکن است ولی باید روش هایی برای کاهش انتشار CO استفاده شود.کلید واژگان: گاز زیستی, محفظه احتراق میکروتوربینی, نسبت کربن دی اکسید, گاز طبیعی, آلایندگی, عملکرد احتراقیIn this research, complementing previous studies that have focused on flame structure and pollutant levels, the combustion of biogas, composed of methane and carbon dioxide, in a micro gas turbine combustor is experimentally investigated. The influence of the presence of carbon dioxide and variations in its ratio in the fuel mixture on the performance parameters of the combustor and its produced pollutants is examined. The study is conducted at two different thermal powers and constant equivalence ratio for two biogases and compared with natural gas combustion. The results indicate that the carbon dioxide ratio in the fuel significantly affects the turbulent combustion flame structure and performance parameters. Increasing the carbon dioxide ratio in the fuel reduces the combustion rate, causing combustion delay and flame temperature reduction. According to the obtained results, although the addition of carbon dioxide leads to a decrease in the amount of NOx emissions, however, the produced CO in the combustor increases, resulting in an outlet temperature drop and consequently a decrease in the combustor efficiency. Based on these results, it is evident that the utilization of such fuels in combustion systems with swirl burners is feasible. However, measures need to be implemented to mitigate carbon monoxide emissions.Keywords: Biogas, Microturbine Combustion Chamber, Carbon Dioxide, Natural Gas Ratio, Pollution, Combustion Performance
-
در این مقاله، تاثیر میزان پیچش جریان بر الگوی اختلاط، احتمال اشتعال موفق و نحوه انتشار شعله در یک مشعل گازی غیرپیش آمیخته با سوخت گاز طبیعی، با استفاده از شبیه سازی عددی، تصویربرداری دیجیتال و سرعت بالا، اندازه گیری، و مورد بررسی قرار گرفت. نقشه های احتمال اشتعال موفق با تغییر موقعیت جایگاه جرقه زن در جهات محوری و شعاعی اندازه گیری و میدان جریان و الگوی اختلاط با استفاده از شبیه سازی عددی بررسی شدند. به منظور بررسی نحوه انتشار هسته اولیه شعله، تصویربرداری دیجیتال با سرعت بالا مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس نمودارهای احتمال اشتعال موفق سه ناحیه تعریف شد. اولین ناحیه تحت عنوان ناحیه غیرموثر نام گذاری شده است که در آن احتمال موفقیت اشتعال کمتر از 20 درصد است. ناحیه دوم ناحیه گذار نام دارد که در آن احتمال اشتعال موفق بین20 درصد تا 80 درصد است و موفقیت اشتعال به مقدار زیاد به موقعیت جرقه زن وابسته است. ناحیه سوم ناحیه احتمال بالا است که در آن احتمال موفقیت اشتعال بیشتر از 80 درصد است. نتایج این بررسی نشان می دهد که افزایش عدد پیچش جریان باعث افزایش نرخ اختلاط می شود، اما باعث بهبود توزیع احتمال اشتعال موفق نمی شود. در واقع، با مقادیر عدد پیچش بالا، ناحیه احتمال بالا کوچک می شود، اما در جریان های با مقادیر عدد پیچش کمتر، ناحیه احتمال بالا توزیع گسترده تری در خروجی مشعل داشته، و ویژگی های اشتعالی بهتری را شامل می شود.کلید واژگان: اشتعال, شعله پیچشی, احتراق غیرپیش آمیخته, انتشار شعله, شبیه سازی عددیIn this article, the influences of swirl intensity on the mixing pattern, successful ignition probability, and flame propagation manner in a non-premixed gas burner with natural gas fuel have been examined by using numerical simulation and high-speed digital imaging. The ignition success probability maps were scrutinized under changing spark location in axial and radial directions. The flow field and mixing pattern were further inspected with the aid of numerical simulation. High-speed digital imaging was employed to study the initial flame kernel propagation. The ignition success probability diagrams defined three areas. The first, dubbed the ineffective zone, holds less than a 20% ignition success chance. The second, known as the transitional zone, has an ignition success probability between 20% and 80%. Ignition success here significantly depends on the spark location. The third area—the high-probability zone—has over an 80% ignition success chance. Findings from the study demonstrate an increased swirl number promotes a higher mixing rate, but it doesn't enhance the distribution of successful ignition probability. Higher swirl numbers actually reduce the high-probability zone, whereas lower swirl numbers allow a broader distribution in the burner outlet and better ignition characteristics.Keywords: Ignition, Swirl Flame, Non-premixed combustion, Flame Propagation, numerical simulation
-
برای رسیدن به هدف انتشار کربن صفر، جایگزین کردن سوخت های هیدروکربنی معمول با سوخت های بدون کربن، از اهمیت بالایی برخوردار است. از نظر سوخت بدون کربن، آمونیاک در کنار مشکلاتی چون سرعت شعله پایین و انتشار آلایندگی NOx بالا، مزایای متعددی نسبت به هیدروژن دارد. از این رو، مطالعه تجربی حاضر به بررسی اثر افزودن آمونیاک به متان و نسبت آن بر روی عملکرد احتراقی یک محفظه احتراق میکروتوربینی از نوع قوطی در شرایط اتمسفریک در دو توان حرارتی مختلف می پردازد. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد آمونیاک در سوخت، بیشینه دمای شعله کاهش پیدا کرده و احتراق تا ناحیه ی انتهایی محفظه به تاخیر افتاده است. همچنین، افزودن آمونیاک، علی رغم عدم کاهش CO، افزایش شدید مقدار NOx تولیدی محفظه را به همراه دارد. بعلاوه، اگرچه دمای خروجی محفظه بجز یک حالت، تغییر چندانی نداشته ولی بازده احتراقی محفظه با افزایش نسبت آمونیاک، افت کرده و متغیر یکپارچگی در صورت استفاده از آمونیاک، بیشتر از حالت 100% گاز طبیعی است. بنابراین، اگرچه استفاده از مخلوط سوخت آمونیاک/ متان با شرایط احتراق پایدار در محفظه ی موجود، ممکن است ولی برای رسیدن به عملکرد مطلوب احتراقی، اصلاحات جدی نیاز دارد.کلید واژگان: محفظه احتراق میکروتوربین, آمونیاک, متان, درصد اختلاط, پارامتر عملکردیTo achieve the zero carbon emissions goal, it is of great importance to replace conventional hydrocarbon fuels with carbon-free fuels. In terms of carbon-free fuel, ammonia has several advantages over hydrogen, despite of problems such as low flame speed and high NOx emission. The present experimental study investigates the effect of adding ammonia to methane and its ratio on the combustion performance of a can-type micro-turbine combustion chamber under atmospheric condition at two different heat powers. The results show that with an increase in the percentage of ammonia in the fuel mixture, maximum flame temperature has decreased and combustion has delayed until the end of chamber. Also, the addition of ammonia, despite not reducing CO, results in a sharp increase in the NOx production. In addition, although the outlet temperature of the chamber has not changed much except for one condition, combustion efficiency of the chamber has decreased with the increase of ammonia ratio, and pattern factor is more than the case of pure natural gas. Therefore, although the use of methane/ammonia fuel mixture with stable combustion conditions in the existing chamber is possible, it requires modifications to achieve optimal combustion performance.a
.Keywords: Microturbine combustion chamber, Ammonia, Methane, Mixing percentage, performance parameter -
در پژوهش حاضر، به بررسی تجربی احتراق، اکسیژن- متان با بررسی اثر رقیق سازی نیتروژن درون محفظه های کانالی تخت همراه با بازیابی انرژی حرارتی ناشی از دمای گازهای حاصل از احتراق پرداخته شده است و احتراق غیر پیش آمیخته متان- اکسیژن با نسبت هم ارزی ثابت 69/1 با درصدهای رقیق سازی نیتروژن 0%، 5%، 10% و 18% به کمک روش طیف سنجی مورد بررسی قرار گرفته است، برای این تحقیق از یک محفظه جدید طراحی و ساخته شده از جنس آلومینیوم استفاده شده است، این محفظه بر اساس طراحی مارپیچی-کانالی جهت کمک به بازیابی حرارتی طراحی شده است. در این محفظه جهت پیش گرم کردن گازهای ورودی، گازهای حاصل از احتراق پس از طی یک مسیر موازی با جریان ورودی باعث پیش گرم شدن گازهای ورودی می شوند. همچنین اکسیژن قبل از قسمت ورودی به محفظه توسط نیتروژن رقیق و مخلوط شده و سپس وارد محفظه می شود. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق با افزایش نسبت رقیق ساز، کاهش طیف تابشی رادیکال که نمایانگر کامل تر بودن احتراق است مشاهده شده است. به طورکلی با افزایش نسبت رقیق سازی افزایش طول شعله مشاهده می شود و در حالت رقیق سازی 5 و 10 درصد بهترین حالت یکنواختی توزیع دمایی و طول مناسب شعله مشاهده می شود.کلید واژگان: احتراق متان- اکسیژن, رقیق سازی نیتروژن, محفظه های احتراق مارپیچ-کانالی, احتراق غیر پیش آمیخته, طیف سنجی شعلهIn this study, the experimental investigation of oxygen-methane combustion has been done by investigating the effect of nitrogen dilution in a novel spiral-channel combustion chamber along with the recovery of thermal energy of the products. The methane-oxygen non-premixed flame by a fixed equivalence ratio of 1.69, with nitrogen dilution percentages of 0%, 5%, 10%, and 18%, has been investigated with the spectroscopy method. The chamber is made of aluminum and created as a spiral-form channel to aid heat recovery. In this chamber, the combustion gases then pass a path parallel to the inlet flow, causing the inlet gases to be preheated. Also, oxygen is diluted and mixed with nitrogen before entering the chamber. Based on the results, by increasing of the diluent ratio the reduction of the H2O* radical radiation spectrum has been observed, where indicates complete combustion. In general, with the increase of the dilution ratio, the flame length increases, and in 5% and 10% dilution states, the best temperature distribution uniformity, and the completion of the combustion reaction chain are observed.Keywords: Methane-Oxygen Flame, Nitrogen dilution, Meso-scale helical-channel combustion chambers, Non-premixed combustion, Flame Spectroscopy Method
-
در طراحی محفظه احتراق، پارامترهای مختلفی مدنظر باید قرار بگیرد. از جمله این پارامترها می توان به توزیع دمای یکنواخت در خروجی محفظه، کنترل پایداری شعله، آلایندگی کمتر، بازده بیشتر احتراق، دمای دیواره کمتر و افت فشار کمتر در محفظه اشاره کرد. با توجه به شرایط پیچیده حاکم بر جریان در محفظه احتراق بعلت اثرات متعدد توربولانس و اختلاط جریان ها و همچنین رفتار شعله های آشفته، پیش بینی عملکرد این گونه محفظه ها امری بسیار پیچیده می باشد. در این مقاله، سعی شده است محفظه احتراق میکروتوربین دانشگاه صنعتی امیرکبیر به لحاظ چرخاننده بررسی شده و بهینه گردد. متغیرهای این بهینه سازی تعداد، ضخامت و زایه پره ها و توابع هدف کاهش مقدار CO، NOx، هیدروکربن نسوخته و افزایش دمای خروجی در نظر گرفته شد. این کار به کمک روش عددی انجام و در نهایت چرخاننده انتخاب شده در روش عددی، در روش تجربی تست گردید. با توجه به مطالعات انجام شده، در نهایت چرخاننده با زاویه 60 درجه، تعداد 12 پره و ضخامت 75/0 میلی متر به عنوان گزینه نهایی انتخاب شد. در نتایج نهایی، مقدار آلایندگی CO به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرد. البته دمای خروجی و ضریب یکنواختی دمای خروجی و هیدروکربن نسوخته در گزینه نهایی کمتر شد. با این حال یکنواختی دما داخل محفظه بیشتر شد.
کلید واژگان: محفظه احتراق, چرخاننده, آلایندگی, دما, بهینه سازیIn the design of the combustion chamber, various parameters should be considered. These parameters include uniform temperature distribution at the outlet of the chamber, more flame stability, lower pollution, higher combustion efficiency, lower wall temperature, and lower pressure drop in the chamber. Regarding to the complex condition of the flow in the combustion chamber due to the various effects of turbulence and mixing of flows as well as the behavior of turbulent flames, predicting the performance of flow in the combustion chambers is very complicated. In this paper, it is tried to study and optimize the combustion chamber of Amirkabir University of Technology in terms of swirler. It is done by using the numerical method and finally the selected swirler in the numerical method is tested in the experimental setup to investigate optimization method .According to the studies, swirler with an angle of 60 degrees, 12 blades, and a thickness of 0.75 mm is selected as the final case. In the experimental results, the amount of CO pollution has significantly reduced. The output temperature, the pattern factor and unburned hydrocarbon have reduced in the final case. However, the temperature uniformity inside the chamber has increased.
Keywords: Combustion chamber, Swirler, Pollution, Temperature, Optimization -
شکل گیری هسته خوداشتعالی ناشی از جت گاز دما بالا با استفاده از روش تجربی انجام شده است. ترکیبات جت، محصولات احتراق غنی از سوخت هستند که ناشی از احتراق گاز طبیعی و هوا با نسبت هم ارزی غنی از سوخت در یک محفظه احتراق است. اختلاط جت دما بالا با ترکیبات قابل اشتعال با هوای محیط در شرایط محلی مناسبی می تواند منجربه خوداشتعالی شود. جت گاز داغ از یک طریق یک لوله با قطر 13 و 20 میلی متر به هوا تخلیه می شود. عدد رینولدز جت، نسبت هم ارزی محفظه احتراق و دمای جت متغیرهای اصلی در این مطالعه اند. با استفاده از فیلم برداری سرعت بالا پدیده تشکیل هسته خوداشتعالی آشکارسازی شده است. مشاهدات نشان می دهند که رفتار تشکیل شعله یا هسته خوداشتعالی و همچنین خاموشی و عدم وقوع اشتعال را می توان به پنج دسته طبقه بندی کرد: 1-بدون احتراق 2- شعله نفوذی چسبیده به نازل 3- شعله نفوذی برخاسته 4- شعله نفوذی ناپایدار 5- تشکیل هسته خوداشتعالی تصادفی . موضوع اصلی این آزمایش بررسی دسته پنجم است. عمر هسته خوداشتعالی، محل وقوع، و فرکانس شکل گیری با کمک تصویربرداری سرعت بالا و پردازش تصویر توسط کد توسعه یافته در آزمایشگاه احتراق دانشگاه امیرکبیر پس پردازش شده است.کلید واژگان: هسته خوداشتعالی, جت آشفته, تست تجربی, اشتعال, خاموشیThe non-premixed autoignition characteristic of a hot turbulent jet ejecting into the quiescent air was studied experimentally. The jet was the combustion product of fuel rich natural gas/air mixture burn in a thermally isolated combustion chamber. The combustion products discharge through a nozzle (13 and 20 mm in diameter) into the ambient air. The pre-chamber equivalence ratio, jet Reynolds number, and temperature are the governing parameters which are controlled by mass flow controller and thermocouples. The results of these experiments provide insight into the temporal and spatial non-premixed autoignition of the high-temperature combustible jet. Observations of ignition-flame formation –extinction behaviors of these jets are categorized into 1-no ignition 2- anchored diffusion flame 3- lifted diffusion flame 4- unstable diffusion flame 5- random autoignition kernel. The high-speed imaging helps to measure the location, lifetime and frequency of autoignition kernel using the in-house image processing developed code. Furthermore, the CH chemiluminescence imaging via an optical band-pass filter ensures that the jet composition is chemically quenched at the nozzle tip. The autoignition kernel can occur in radial and axial domain determined by the jet temperature and Reynolds number. The high-speed imaging shows that the most probable zone for autoignition kernel formation is on the jet axis and the jet Reynolds number has the major effect on axial distance. The jet temperature development merely extends this domain in the axial direction. Moreover, the temperature directly affects the lifetime and frequency of autoignition kernel.
.Keywords: Autoignition kernel, Turbulent jet, Experimental test, Ignition, Extinction -
در پژوهش حاضر، به مطالعه تجربی اثر مشخصه های جریان ورودی پیش آمیخته متان-اکسیژن، درون یک راکتور مزو با طول و هندسه ثابت پرداخته شده است. جهت این تحقیق دو نسبت اختلاط جزیی 25% و 50% در نظر گرفته شده و نوع رژیم جریان از نوع آرام بوده است. راکتور مورد استفاده، از جنس کوارتز که به صورت افقی نصب گردیده و مشخصات هندسی آن عبارتند از: قطر داخلی 5 میلی متر، ضخامت دیواره 1 میلی متر و طول 10 سانتی متر می باشد. در این تحقیق سعی شده است تا عوامل موثر بر رژیم های شعله، محدوده تشکیل انواع رژیم های شعله، دینامیک شعله، توزیع دمای دیواره خارجی راکتور ، بسامد و نوسان شعله های نوسانی همراه با شدت صوت خاموشی شعله نوسانی تحلیل و گزارش گردد. رژیم اصلی شعله مزوی مشاهده شده طی این پژوهش، شعله نوسانی بوده است. دینامیک این شعله از تغییرات به ترتیب نسبت اختلاط، دبی حجمی اکسیژن و نهایتا دبی حجمی سوخت، که باعث تغییرات در سرعت جریان ورودی و نسبت هم ارزی می گردد بیشتر تاثیر می پذیرد. بررسی نتایج حاصل از نوسانات صوتی بیانگر افزایش سرعت شعله نوسانی با افزایش دبی حجمی و نسبت اختلاط می باشد. صوت خاموشی بلند شعله ها هنگام خاموشی از تبدیل بخشی از انرژی حرارتی شعله به صوت، در شعله گیر و امواج مرتعش صوتی حاصل از خاموشی شعله و اختلاف سرعت گاز، ناشی می شود.
کلید واژگان: احتراق متان- اکسیژن, راکتور استوانه ای ابعاد مزو, احتراق پیش آمیخته جزئی, دینامیک شعله, نوسانات صوتی شعلهAn experimental study on the effects of methane-oxygen partially-premixed input flow characteristics in a mesoscale reactor with constant length and geometry was investigated in the present work. For this research, two partially-premixed ratios of 25% and 50% are considered. The reactor is mounted horizontally, made from quartz material and its geometric characteristics are internal diameter: 5 mm, wall thickness: 1 mm, and length: 10 cm. In this research, we have tried to determine the factors affecting flame regimes. The range of flame regimes, flame dynamics, the outer wall temperature distribution of the reactor, frequency, and oscillation of oscillating flames, along with the intensity of the Repetitive Extinction and ReIgnition (RERI) extinguishing sound, were analyzed and reported. This flame's dynamics are more affected by changes in mixing ratio, oxygen volume flow rate, and fuel volume flow rate, causing changes in inlet flow velocity and equivalence ratio, respectively. Examination of the results of acoustic oscillations indicates an increase in oscillating flame velocity with increasing volumetric flow and mixing ratio. Loud extinguishing sound of flames when quenching is caused by converting a portion of the thermal energy of the flame into sound in the flame arrestor and the acoustic vibration waves resulting from the extinguishing of the flame and the difference in gas velocity.
Keywords: Methane-Oxygen Flame, Meso-scale Cylindrical Reactor, Partial Premixed Combustion, Flame Dynamics, Flame Sound Oscillations -
نشریه مهندسی مکانیک مدرس، سال بیستم شماره 12 (آذر 1399)، صص 2697 -2705
در این مطالعه، به بررسی تجربی احتراق پیشآمیخته جزیی متان و اکسیژن خالص، درون یک راکتور کوارتز مقیاس مزو با قطر داخلی 5 میلیمتر و ضخامت دیواره 1 میلیمتر با طولهای 5، 10 و 15 سانتیمتر و نسبت اختلاطهای 25%، 50% و 75% پرداخته شده است. نتایج آزمایشها اعم از عوامل موثر بر رژیمهای شعله، محدوده تشکیل هر کدام، دینامیک شعله و توزیع دمای دیواره خارجی راکتور، تحلیل و گزارش شده است. آزمونهای فوق در محفظه احتراق استوانهای هممرکز متقارنمحوری و در رژیم جریان آرام صورت گرفته است. در اکثر آزمایشها، رژیم شعله نوسانی بوده و همین عامل باعث گردیده تا توزیع حرارت یکنواختتری در طول راکتور مشاهده گردد. دینامیک این شعله از تغییرات به ترتیب نسبت اختلاط، طول راکتور، دبی حجمی اکسیژن و نهایتا دبی حجمی سوخت، که باعث تغییرات در سرعت جریان ورودی و نسبت همارزی میگردد بیشتر اثر میپذیرد. همچنین مشاهده شد با افزایش طول راکتور به علت فراهم شدن زمان مناسب جهت همگن شدن مخلوط، تفاوتها در بازه تشکیل شعله در نسبت پیشاختلاطهای مختلف کم میگردد.
کلید واژگان: احتراق متان- اکسیژن, راکتور استوانه ای ابعاد مزو, احتراق پیش آمیخته جزئی, دینامیک شعلهIn this paper, the experimental study of partially premixed combustion of methane and oxygen in a 5 mm mesoscale quartz reactor with 1 mm wall thickness and 5, 10, and 15 cm lengths. The partially premixed for 25%, 50%, and 75% mixing ratios paid. Experimental results including the factor of affecting flame regimes, formation range, flame dynamics, the outer wall temperature distribution of the reactor had been analyzing and reporting. The above tests were performing in an asymmetrically centered cylinder combustion chamber and a laminar flow regime. In most partial pre-mixing combustion experiments, the oscillation regime, which had an optimal heat distribution throughout the reactor, had been observed. The flame dynamics were more effect by changes in mixing ratio, reactor length, oxygen flow rate, and finally fuel flow rate (equivalence ratio). Also observed that by increasing the reactor length due to the appropriate time for homogenization of the mixture, differences in the flame formation interval were reducing in the different ratios of the pre-mixes.
Keywords: Meso Combustion, Methane, Oxygen, Partial Premixed Combustion, FlameDynamics -
نشریه مهندسی مکانیک مدرس، سال بیستم شماره 7 (تیر 1399)، صص 1911 -1922
محفظه احتراق، قلب تپنده توربین های گازی است و تاثیر مستقیم روی آلایندگی و راندمان آنها دارد. با توجه به شرایط پیچیده حاکم بر جریان در محفظه احتراق به علت اثرات متعدد توربولانس و اختلاط جریان ها و همچنین رفتار شعله های آشفته، پیش بینی عملکرد این گونه محفظه ها امری بسیار پیچیده و عملا غیرممکن است. بدین سبب نیاز به انجام آزمون های تجربی به منظور شناسایی رفتار حاکم بر محفظه، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش یک محفظه استوانه ای شکل با استفاده از سوخت گاز مایع در شرایط اتمسفریک به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا محدوده پایداری آن سپس توزیع دمای داخل محفظه و خروجی آن در 6 نقطه کاری، به دست آمد و رفتار شعله مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان آلایندگی خروجی محفظه نیز در دبی ها و نسبت هم ارزی های متعدد به دست آمد. ملاحظه می شود در دبی هوای ثابت با افزایش دبی سوخت (یا به عبارتی با افزایش نسبت هم ارزی)، شعله به سمت خروجی محفظه حرکت می کند و در نهایت از محفظه بیرون می رود. همچنین با مشاهده آلاینده های خروجی می توان نتیجه گرفت که در دبی سوخت ثابت، با افزایش دبی هوا، میزان آلاینده CO افزایش و NOx کاهش می یابد.
کلید واژگان: محفظه احتراق استوانه ای, محدوده پایداری, توزیع دما, آلایندگی, سوخت گاز مایع, میکروتوربینCombustion chamber has a crucial role in gas turbines and has a significant effect on the pollution and efficiency of them. Due to the complicated flow in combustion chambers because of high turbulence intensity, flow mixing, and flame behavior, prediction of the performance of such chambers is very complicated. There is a vital need for experimental investigations to study and understand the flame behavior in combustors. This experimental study was performed using a can type combustion chamber and LPG fuel at atmospheric conditions. First, stability curve, temperature distribution in the combustion chamber, and its exit plane in 6 flow conditions and then flow behavior were evaluated. The pollution at the outlet was obtained in different conditions and equivalence ratios. The results show that the flame tends to go downstream of the combustion chamber when the fuel mass flow rate increases (or in other words, by increasing the equivalence ratio) in constant air mass flow rate and finally exits from the chamber. By increasing the air mass flow rate in constant fuel mass flow rate, CO pollution is increased, and NOx pollution is decreased.
Keywords: Can Type Combustion Chamber, Stability Curve, Temperature Distribution, Pollution, LPG Fuel, Microturbine -
در این تحقیق، ترکیبی از دو تکنولوژی احتراق اکسیژنی و احتراق MILD در یک کوره آزمایشگاهی همراه با جت های موازی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این سیستم نوین، به کمک رژیم MILD، علاوه بر رفع برخی مشکلات احتراق اکسیژنی، NOx از ترکیب گازهای خروجی حذف شده و محصولات احتراق عمدتا متشکل از H2O و CO2 هستند. در این پژوهش، میدان احتراقی به کمک دو ابزار محاسبات عددی و تحلیل WSR بررسی شده است. در تحلیل عددی سه بعدی، از روش RANS و مدل ε k- RNG و مدل EDC در شبیه سازی تقابل آشفتگی جریان و شیمی احتراق استفاده شده است. تاثیر پیش گرم سازی و رقیق سازی به کمک CO2 بر میدان احتراق و ترکیب گازهای خروجی بررسی شد. با افزایش دمای پیش گرم، تکانه جت افزایش یافته و در نتیجه آن بهبود یکنواختی توزیع دما در کنار افزایش انتشار CO مشاهده شد. همچنین، افزایش رقیق سازی، به کمک CO2 در شرایط ثابت ورودی، دمای بیشینه را کاهش می دهد. بررسی تاثیر شیمیایی حضور CO2 نشان دهنده تقویت مسیر تشکیل CO از طریق رادیکال CH3O نسبت به مسیر اصلی از طریق فرمالدهید است. با افزایش حضور CO2 در مخلوط، مسیر تولید CO از سمت اتان ضعیف تر و نقش رادیکال متیلن CH2(s) قوی تر می شود.
کلید واژگان: احتراق اکسیژنی, احتراق MILD, رقیق سازی با CO2, تحلیل عددیIn this study, oxy-combustion is numerically investigated under MILD conditions. This novel combination is simulated in a laboratory-scale furnace with parallel fuel and oxidant jets and a recirculating flow. With nitrogen removal from the oxidant stream, zero NOx emission for gaseous fuel systems is expected. Combustion field is modelled using a well-stirred reactor and computational fluid dynamics. In the CFD modelling, RANS equations are solved using RNG k-ε and EDC model is employed to model the turbulence-chemistry interaction. The effect of oxidizer preheating and CO2 dilution on the combustion field as well as flue gas composition is investigated. The results indicate that the flame maximum temperature does not experience a significant increase when the preheat temperature rises, positively affecting the temperature distribution at the cost of CO emission which is a direct consequence of higher recirculation and mixing rate. Also, a kinetic study on the chemical effect of CO2 presence reveals that CO production path through CH3O radical is more strengthened compared to the main path through formaldehyde when increasing the dilution level. When diluting the oxidant, methylene’s role become more influential in CO formation than when pure oxygen is used, contributing to higher CO emission. CO2 defeats CH4 and O2 to absorb the free H radicals, causing higher levels of CO production.
Keywords: Oxy-combustion, MILD combustion, CO2 dilution, Numerical analysis -
کتابخانه فلیملت FGM براساس دو بعد کسر مخلوط و متغیر پیشروی شکل گرفته است. با این کتابخانه امکان شبیه سازی احتراق برای جریان سوخت و اکسنده با ترکیب شیمیایی ثابت وجود دارد. شبیه سازی احتراق با استفاده از مدل فلیملت نیازمند افزایش ابعاد کتابخانه فلیملت به بیش از دو بعد است. شعله های پایلوت دار سندیا ازجمله شعله های با چند جریان ورودی است که از جت سوخت، جریان داغ پایلوت و هوا شکل گرفته اند. افزایش ابعاد کتابخانه فلیملت منجر به افزایش قابل توجه حجم کتابخانه و افزایش هزینه محاسباتی در فرایند بازخوانی و میان یابی داده ها از این کتابخانه می شود. این مقاله به معرفی روشی ابداعی باهدف تولید کتابخانه دوبعدی فلیملت برای میدان جریانی با چند ورودی و یا ترکیب غیرثابت سوخت و اکسنده ورودی می پردازد. روش ابداعی بر پایه روش مدل اشتعال لایه اختلاط (IML) توسعه یافته و مدل اشتعال لایه اختلاطی متغیر (VIML) نام گذاری می شود. برای اعتبارسنجی این مدل پیشنهادی، از شبیه سازی ادی های بزرگ (LES) شعله های سندیا D، E و F با اعداد رینولدز 22400، 33600 و 44800 بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ادی های بزرگ نشان می دهد که کتابخانه دوبعدی توانایی مدل سازی میدان جریان را با سه ورودی متفاوت را دارد و می تواند به عنوان جایگزین کتابخانه هایی با ابعاد بیش از دوبعد گردد که منجر به کاهش زمان محاسبه فرایند بازیابی اطلاعات و کاهش حافظه رم موردنیاز برای ذخیره کتابخانه به مقدار قابل توجهی می شود. نتایج شبیه سازی نشان دهنده همخوانی مناسب مقادیر میانگین و واریانس کسر مخلوط و دما با داده های تجربی برای هر سه شعله است. افزایش عدد رینولدز باعث افزایش خطا قبل از توسعه جریان جت در محاسبه دما شده که ناشی از عدم دقت در پیش بینی کسر مخلوط در آن محدوده است.کلید واژگان: کتابخانه فلیملت, شعله سندیا, مدل اشتعال لایه اختلاطی متغیر, شبیه سازی ادی های بزرگThe flamelet library in FGM model is constructed based on mixture fraction and progress variable. This library facilitates to model the reactive flow precisely only in the case of two fuel/oxidizer in-flow streams. For the case of more in-flow streams, e.g. Sandia piloted flames fuel jet/ pilot/ air, it is needed to extend dimensions of the FGM library. This extension increase the size of stored data leads to higher computational cost. In this paper, the main motivation is to develop the Ignition Mixing Layer method (IML) to the Variable Ignition Mixing Layer (VIML) as the novel approach to generate the 2D FGM table for multi in-flow streams. Large Eddy Simulations of the Sandia D, E, and F with Reynolds number of 22400, 33600, and 44800 were conducted to validate this method. The LES results show a good agreement on the mean and variance of the mixture fraction and temperature. Therefore, the VIML is a successful model to simulate multi in-flow streams with 2D FGM library.Keywords: : flamelet library, Sandia flame, Large Eddy Simulation, variable ignition mixing layer
-
در این پژوهش، محفظه احتراق توربین گاز نمونه به صورت تجربی مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف از این تحقیق بررسی اثر دبی های مختلف سوخت و هوا بر عملکرد محفظه و نیز فرایند خاموشی رقیق از سوخت در شرایط پایا و اتمسفریک است. محفظه احتراق مورد بررسی از نوع استوانه ای بوده و سوخت مایع کروسین با استفاده از انژکتور پیچشی فشاری به محفظه احتراق تزریق می شود. چرخاننده محوری دارای عدد چرخش 0/8 بوده و دمای هوای ورودی به محفظه 315 کلوین است. در ابتدا، محدوده پایداری محفظه احتراق مشخص شده و سپس اثر فشار بالادست انژکتور و دبی هوا بر دمای گازهای درون محفظه و خروجی از آن اندازه گیری شد. به منظور بررسی دقیق تر علت تغییر رفتار محفظه احتراق ناشی از تغییر دبی هوا، چهار نقطه عملکردی انتخاب شده و کانتور دمای درون محفظه احتراق استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که شعله در ناحیه بالا و پایین محفظه احتراق و در مجاورت دیواره ها تشکیل می شود. بررسی ضریب یکپارچگی دمای خروجی از محفظه احتراق نشان می دهد که بهترین عملکرد در حالتی است که تمام شعله درون محفظه احتراق بوده و در عین حال، دبی هوا کمینه باشد. علاوه بر این، مشخص شد که فرایند خاموشی محفظه احتراق در شرایط رقیق به صورت یکنواخت نیست، بلکه با افزایش دبی هوا ابتدا شعله بالای محفظه احتراق و سپس شعله پایین خاموش شده و درنهایت منجر به خاموشی کل محفظه احتراق در شرایط رقیق از سوخت می شود.کلید واژگان: محفظه احتراق, توربین گاز, آزمونگر, اتمسفریک, توزیع دماA gas turbine combustor has been investigated experimentally in this paper. The effect of air and fuel flow rates on the on combustor performance and lean blow out at atmospheric and steady condition is the goal. The combustor is a can type with swirl pressure fed injector. An axial swirler with swirl No. equal to 0.8 has been installed. The kerosene has been used as fuel while the air temperature at combustor inlet is equal to 315 K. The combustor Stability loop has been determined with several tests. Then variation of temperature inside the combustor and at combustor exit with respect to the injector back pressure and air flow rate are measured. 4 operating conditions have been selected due to detail investigation of flame temperature contour inside the combustor. The results show that the flame holds near the walls. Also, the pattern factor show that the best condition is when the flame is totally inside the combustor while the air flow rate is minimum. Furthermore, it is cleared that the lean blow out is not uniform. It means that with increasing the air flow rate, upper section of flame has been quenched and then the lower section of flame.Keywords: Gas turbine, combustor, test stand, atmospheric, temperature distribution
-
در این مقاله، به بررسی فرایند اشتعال در جریان بدون لایه برشی پرداخته می شود. در چیدمان بدون لایه برشی دو جریان موازی با سرعت میانگین مساوی به یکدیگر می رسند. این چیدمان اجازه مطالعه دقیق شعله های لبه دار را فراهم می کند. هدف اصلی، بررسی اثر دمای اولیه جریان بر مرحله انتشار شعله در فرایند اشتعال است. این کار با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل احتراقی شعله ضخیم شده و سینتیک شیمیایی DRM-19 انجام شده است. سرعت محوری میانگین و نوسانی به دست آمده از دو شبکه ریز و درشت با استفاده از نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. بررسی کسر مخلوط نیز نشان از مناسب بودن دقت شبیه سازی ها در پیش بینی اختلاط دارد. مکان لبه بالادست و پایین دست شعله نیز با نتایج تجربی مقایسه شده و بیان کننده صحت شبیه سازی فرایند اشتعال است. سرعت میانگین انتشار شعله لبه دار نشان می دهد که با افزایش دمای اولیه از 323 به 1000 کلوین، سرعت انتشار شعله از 1 به 2/4 متربرثانیه افزایش پیدا می کند. همین روند برای رشد هسته شعله نیز وجود دارد. مقایسه بین سرعت انتشار شعله لبه دار به دست آمده با سرعت انتشار شعله آرام و تصحیح شده آن با مجذور چگالی ها نشان می دهد که شعله آرام تصحیح شده بهترین نتیجه را در پیش بینی سرعت انتشار شعله لبه دار دارد. همچنین، افزایش دما سبب تبدیل شعله لبه دار دوگانه به شعله لبه دار سه گانه می شود.کلید واژگان: اشتعال, جریان بدون لایه برشی, روش شبیه سازی گردابه های بزرگ, مدل شعله ضخیم شده, شعله لبه دارIgnition process in a shear-less mixing layer has been studied in this paper. The effect of initial temperature on the flame propagation phase of ignition process is the main goal. The investigation is done by large eddy simulation method coupled with thickened flame approach and DRM_19 chemical mechanism. Mean and RMS axial velocities from both coarse and fine grids and mean mixture fraction have been validated against experimental results. Most upstream and downstream positions of flame edge are in good agreement with experimental. By increasing the initial temperature from 323 K to 1000 K, the mean edge flame propagation velocity increase from 1 to 4.5 m/s. The same trend exists for flame kernel volume. Comparison between calculated edge flame propagation velocity and laminar flame speed and its root density correction show that corrected laminar flame propagation can better predicts the edge flame propagation velocity. Also, by increasing the initial temperature, bibrachial edge flame convert to a triple flame.Keywords: Ignition, shear, less flow, Large eddy simulation, Thickened flame approach, Edge flame
-
در این مقاله، به طراحی و ساخت آزمونگر محفظه احتراق توربین گاز و آزمایش محفظه نمونه در شرایط اتمسفریک پرداخته شده است. از این آزمونگر می توان به منظور بررسی اثر تغییرات هندسی بر روی عملکرد محفظه احتراق، استخراج نقشه اشتعال پذیری و پایداری، بررسی ترکیب گازهای خروجی، توزیع دمای گازهای خروجی و دمای جداره محفظه استفاده کرد. آزمونگر ساخته شده، قادر به آزمایش محفظه احتراق تا حداکثر دبی هوا 800 مترمکعب بر ساعت بوده و قابلیت پیش گرم کردن هوای ورودی به محفظه تا حداکثر دمای 1000 کلوین را دارد. این آزمونگر قادر به انجام آزمایش با انواع سوخت های مایع، گاز طبیعی و LPG است. یک قطاع تک انژکتوره محفظه احتراق حلقوی در مقطع آزمون نصب شده است. محفظه در شرایط اتمسفریک و دبی هوا و دبی سوخت مختلف آزمایش شده است. نتایج بیانگر آن است که دمای گازهای خروجی از محفظه احتراق به صورت غیرخطی با افزایش نسبت سوخت به هوا افزایش می یابد. با استفاده از مدل یک بعدی، دمای خروجی از محفظه احتراق پیش بینی شده و با نتایج تجربی مقایسه شده است. مدل مذکور روند تغییر دمای خروجی از محفظه احتراق را به خوبی پیش بینی می کند.کلید واژگان: توربین گاز, محفظه احتراق, آزمونگر, مقطع آزمون, اتمسفریکIn this paper, the design and construction of a gas turbine combustor test rig and the experimental results of a sample combustor sector at atmospheric conditions are described. This test rig can be used to evaluate the effects of geometric variations on the performance of the combustion chamber. Flammability, stability and ignition maps, exhaust gas composition and temperature profile, and liner wall temperature can be studied. This rig has the potentiality of performing combustion tests with maximum air flow rate of 800m3/h and preheated air up to 1000K, as well as different types of liquid or gas fuels. A single swirler sector of an annular combustor is tested at different air and fuel mass flow rates. The results show that the exhaust gas temperature has a non-linear corelation with the fuel to air ratio. Using a one-dimensional model, the exhaust temperature of the combustion chamber is predicted and compared with the experimental results. The model results show good agreement with the experimental results.Keywords: Gas turbine, Combustion chamber, Test rig, Test section, Atmospheric
-
هدف در این مقاله مطالعه پدیده اشتعال و نحوه گسترش شعله در فواره متان-هواست. این کار با استفاده از نرم افزار متن باز اپن فوم و روش شبیه سازی گردابه های بزرگ تراکم پذیر، مدل احتراقی شعله ضخیم شده و به صورت سه بعدی انجام شده است. جرقه به صورت افزودن مصنوعی آنتالپی در معادله انرژی مدل سازی شده است. شبیه سازی های فواره هوا و فواره سرد متان بیانگر عملکرد مناسب کد و تنظیمات مربوطه در پیش بینی میدان آشفته حاکم بر جریان است. پس از آن فرایند اشتعال و انتشار شعله شبیه سازی شده که نتایج اعتبارسنجی مناسب ارزیابی شده است. با استفاده از معیار دمای شعله، مسیر انتشار جبهه احتراق تعیین شده و سینتیک انتشار بررسی شده است. در نهایت، بررسی اثر دمای اولیه میدان بر فرایند اشتعال بیانگر آن است که ارتفاع شعله، فاصله لبه شعله از محور و سرعت انتشار جبهه شعله با دما تغییر می کند.کلید واژگان: شبیه سازی گردابه های بزرگ, اشتعال, فواره دایروی, شعله ضخیم شده, احتراق عددیSpar ignition in turbulent methane-air jet is studied by a compressible 3D Large Eddy Simulation in OpenFOAM code. The thicened flame model with the one-step chemical mechanism is used for methane combustion. The spar is modeled by artificial enthalpy source in energy equation at the spar location. The validation of the calculations is performed using the experimental results of the turbulent jet of airflow and non reacting mixing of methane jet. The ignition phenomenon and flame propagation are investigated in details for different conditions of initial jet temperature. The results show that the flame propagation speed, the flame lift-off and the flame distance to the axis change with changing the initial temperature.Keywords: Large Eddy Simulation (LES), Ignition, Circular jet, Thicened flame, Numerical combustion
-
در این مطالعه، احتراق جت متقاطع سوخت در جریان مافوق صوت هوا به صورت عددی بررسی شده است. گاز تزریق شامل مخلوط پیش احتراق هوا و هیدروژن با نسبت هم ارزی 4/5 بوده است. میدان در دو حالت بدون شوک برخوردی و همراه با شوک مایل برخوردی تحلیل شده است. تحلیل به کمک نرم افزار اپن فوم و در میدان سه بعدی انجام شده است. از مدل اغتشاشی دومعادله ای SST-kw و مدل احتراقی PaSR استفاده شده است. هدف از مطالعه صورت گرفته بررسی اثر شوک مایل برخوردی بر پایداری شعله بوده است. در حالت عدم وجود شوک برخوردی، واکنش های احتراقی در میدان بسیار کند صورت می گیرد. در حالت وجود شوک مایل، واکنش های احتراق با سرعت بالاتری انجام می شود که این موضوع نشان دهنده پایداری شعله است. بررسی دقیق میدان نشان می دهد واکنش از امتداد لبه شکاف تزریق شروع شده و به سمت داخل میدان گسترش می یابد. نتایج حاصل با نتایج آزمایش های تجربی سازگاری دارد.کلید واژگان: جریان مافوق صوت, احتراق, تزریق متقاطع, شوک برخوردیIn this study, the combustion of a fuel jet with supersonic air flow has been studied numerically.The injected gas was a preburned mixture of hydrogen and air with equivalence ratio of 4.5. The flow field was investigated with and without incident oblique shock wave. The simulations have been performed using openFoam software in a three-dimensional field. A two-equation turbulence model, SST-kω, and the PaSR combustion model were used. The aim of this study was to examine the impact of the shock wave on flame stabilization. According to the results, the reaction occurs at low rates without the oblique shock. However, when the incident shock hits the bottom surface downstream of the injection slot, reaction rate increases, indicating the flame stabilization in this case. These findings are in good agreement with experimental results.Keywords: Supersonic flow, Combustion, Transversal injection, Incident shock
-
در این تحقیق، کارآیی شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان عامل انتگرالگیر از دسته معادلات دیفرانسیلی غیرخطی حاکم بر سینتیک شیمیایی احتراق در مدلسازی LES شعله پیش مخلوط مغشوش نشان داده شده است. آموزش شبکه عصبی مصنوعی براساس الگوریتم آموزشی خطای پس انتشار صورت گرفته است که در آن ضرایب مدل آموزشی به طور دینامیکی و سازگار با توپولوژی تابع خطا معین می شوند. جدول بانک اطلاعاتی آموزش شبکه عصبی براساس مطالعات مستقل شعله با استفاده از مدل احتراقی زیرشبکه ای اختلاط خطی گردابه بنا شده است و شبکه عصبی آموزش دیده، به طور موفقیت آمیز در سینتیک شیمیایی مدلسازی LES اندرکنش اغتشاشات میدان جریان مغشوش با جبهه شعله در نسبت های هم ارزی و سطوح اغتشاشی مختلف استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که زمانی که شبکه های عصبی مصنوعی به درستی آموزش داده شوند، قادرند که نرخ واکنش گونه های شیمیایی را با دقت بسیار بالا و با بازدهی بالاتری به لحاظ هزینه های محاسباتی حافظه و زمان نسبت به روش های رایج انتگرالگیری مستقیم و جداول جستجوی مقادیر پیش بینی کنند. نتایج حل عددی میدان جریان نیز تطابق کاملی با نتایج مطالعات گذشته نشان می دهند.
کلید واژگان: شعله پیش مخلوط, شبیه سازی گردابه های بزرگ, شبکه عصبی مصنوعی, سینتیک شیمیاییA large eddy simulation (LES) of premixed flame-turbulence interaction is performed with special emphasis on computing the instantaneous chemical species reaction rates with the recently developed approach of artificial neural networks (ANNs) for chemical kinetics. Training of the neural network is based on an independent flame study using linear eddy mixing technique. An analysis of computational performance, considering CPU time and a comparison between the performance of artificial neural network technique and other conventional methods is used to represent the chemical kinetics such as direct integration (DI) - and the ability of neural networks to model the highly non-linear and stiff chemistry ODEs is illustrated. The sub-grid combustion model of the LES is based on a linear eddy mixing model while a skeletal multi-species, multi-step chemical kinetic mechanism is applied for the combustion. A feed-forward, multi-layer architecture is chosen for the neural network and the training algorithm is based on a back-propagation gradient descent rule with adaptive learning rate and individual momentum factors for the weight coefficients. The flow field distribution and the flame characteristics obtained by LES with neural network based chemical kinetics tabulation, are in reasonable agreement with previous direct numerical simulation (DNS) study of the flame. The results show if the neural network is trained accurately, it can predict the instantaneous chemical species reaction rates in LES framework.Keywords: Premixed flame, Large eddy simulation (LES), Artificial neural network, Chemical kinetics -
در این مقاله، از روش شبیه سازی گردابه بزرگ (LES) به منظور بررسی ساختار شعله متان- هیدروژن در شرایط MILD استفاده شده است. همچنین، اثر متغیرهای عدد رینولدز فواره سوخت و غلظت اکسیژن در جریان اکسیدکننده به منظور مطالعه ساختار شعله بررسی شده است. بدین منظور، شبیه سازی به ازای دو عدد رینولدز 5000 و 10000و سه درصد اکسیژن 3، 6 و 9 درصد صورت گرفته است. نتایج آزمایشگاهی انجام شده توسط دالی جهت ارزیابی دقت حل استفاده شده است. برای ارتباط بین جمله های اغتشاشی و احتراقی از مدل PaSR موجود در کد اپن فوم، که به نحوی توسعه یافته مدل EDC است، و همچنین از سازوکار کامل GRI-2.11، به منظور محاسبه دقیق سینتیک شیمیایی احتراق، استفاده شده است. معیارهای مختلفی برای ارزیابی صحت نتایج به دست آمده استفاده شده که همگی آن ها دقت حل را تایید می کنند. نتایج ارائه شده حاکی از این مطلب است که افزایش غلظت اکسیژن منجر به نازک شدن ضخامت شعله، محدودشدن نوسانات موجود در توزیع جزء های شیمیایی در ناحیه کوچک تری در اطراف نازل، کاهش خاموش شدن موضعی در ساختار شعله، محدودشدن ناحیه پیش مخلوط جزئی برای اجزای شرکت کننده در واکنش و به عبارت کامل تر پایدارترشدن شعله در ناحیه نزدیک نازل می شود. همچنین، کاهش عدد رینولدز، به دلیل افزایش مدت زمان اقامت عناصر شرکت کننده در واکنش، نقش موثری در تقویت شعله ایفا می کند.
کلید واژگان: احتراق MILD, متان, هیدروژن, غلظت اکسیژن, رینولدز سوخت, LESEffects of the fuel inlet Reynolds number and the oxygen mass fraction in the oxidizer stream on the flame structure were studied. In this regard، the simulation was performed for two Reynolds numbers of 5000 and 10،000 and three oxygen mass fractions of 3، 6 and 9%. Numerical results were compared with experimental measurements of Dally. The turbulence-chemistry interaction in numerically unresolved scales was modeled using the PaSR model and the full mechanism GRI-2. 11 was used to precisely represent the methanehydrogen reactions. Accuracy of the LES simulation results was evaluated by a set of criteria indicating acceptable predictions. The results show that increasing the oxygen mass fraction in the oxidizer stream decreases the flame thickness، limits the species fluctuations to a smaller zone near the nozzle’s exit plane، decreases local extinctions in the flame structure and limits the partially premixed to a zone near the shear layer line and in summary improves the flame stability especially near the nozzle exit zone. Since decreasing the Reynolds number increases the residence time of fuel and oxidizer elements، it has a favorable effect on flame stability and decreasing its susceptibility to combustion instability.
Keywords: MILD Combustion, CH4, H2, Oxygen Concentration, Fuel Reynolds Number, LES -
در مطالعه حاضر مدلسازی عددی احتراق جریان کاملا آرام، استوکیومتریک پیش اختلاط متان- هوا در یک محفظه احتراق دو بعدی در ابعاد میکرو بررسی شده است. هدف از این مطالعه بررسی چگونگی وقوع، پدیده شناسی و متغیرهای موثر از قبیل پایداری شعله بر نحوه احتراق در تجهیزات MEMS جهت تولید انرژی یا نیروی پیشران در ابعاد کوچک جهت کاربردهای هوافضایی برای اکتشافات فضائی است. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان می دهند که پایداری شعله در داخل یک محفظه احتراق میکرو به مقدار زیادی به مقادیر ضخامت دیواره محفظه احتراق و ضریب رسانایی گرمایی دیواره، عرض (ارتفاع) محفظه احتراق، ضریب انتقال گرمای جابه جایی بین دیواره بیرونی محفظه احتراق و محیط اطراف و سرعت ورودی مواد واکنش دهنده پیش مخلوط وابسته است.
کلید واژگان: محفظه احتراق میکرو, پیش اختلاط, متان, هوا, پایداری شعلهIn the present study، numerical modeling of the combustion of a fully laminar stoichiometric premixed reactive flow of methane-air inside a 2D micro-combustion chamber was investigated. The aim of this study is the investigation of occurance، phenomenology and effective parameters such as flame stability on combustion process in MEMS devices for energy or propulsion generation on small scales for space exploration applications. The results show that flame stability in a micro- combustion chamber strongly depends on the combustion chamber wall thickness Lw، the combustion chamber wall thermal conductivity coefficient Kw، the combustion chamber width L، the outer wall convective heat transfer coefficient hout and reactive mixture velocity Vin. -
در پژوهش حاضر، مطالعه تجربی پایداری شعله غیر پیش آمیخته گاز طبیعی با هوای چرخشی و رقیق سازی همزمان هوا با گاز نیتروژن بررسی قرار شده است. برای تولید چرخش از پره های چرخاننده با زوایای 30، 45 و 60 درجه استفاده شده است. در طی آزمایش ها با توجه به میزان چرخش اعمال شده به هوا، دو نوع رژیم احتراقی مشاهده شده است. در جریان با چرخش ضعیف، با افزایش سرعت سوخت، شعله از روی نازل بلند شده و در سرعت های بالاتر دچار خاموشی می شود. در جریان با چرخش قوی، شعله در فاصله کمی از نازل سوخت بلند شده و بسیار پایدار است. هدف از این مطالعه، بررسی حدود پایداری شعله شامل سرعت و ارتفاع برخاستگی و نیز خاموشی شعله در محدوده گسترده ای از سرعت های هوا و همچنین در شرایط رقیق سازی هواست. با اعمال چرخش بر هوای رقیق شده دیده می شود که چرخش، اثرات منفی رقیق سازی هوا را کاهش داده و موجب افزایش پایداری شعله می شود.
کلید واژگان: احتراق چرخشی, شعله غیر پیش آمیخته, رقیق سازی, گاز طبیعیIn this work, an experimental investigation of stability limits of natural city gas (NG) in a non-premixed swirling burner has been conducted. Air swirl motion is imparted through 30º, 45º and 60º vane swirlers to produce low and high swirling air streams. Air dilution with nitrogen (N2) was also performed because of the importance of dilution in practical applications. N2 was added to the swirling air to examine the stability limits under diluted air conditions. The purpose of this study is to examine the stability limits including lift and blow-out velocity in low swirl conditions and liftoff height as well as liftoff velocity in high swirl conditions. It was observed that swirl increased the stability limits of NG while it decreased the negative effects of dilution on flame stability. -
احتراق تحت شرایط رقیق سازی زیاد و دمای پیش گرم بالا (Mild) دارای ویژگی هایی است که آن را از سایر سیستم های احتراقی متمایز می کند. از جمله آن ها، کاهش چشمگیر اکسیژن در منطقه واکنش در مقایسه با احتراق عادی و در نتیجه کم سرعت بودن واکنش ها و به عبارت دیگر آرام سوزی است. این امر موجب می شود که مقیاس زمانی جریان و انجام واکنش ها به یکدیگر نزدیک شود. برای مطالعه این شرایط (Regime) احتراقی شعله متقارن محوری مخلوط CH4+H2 آزمایش های گروه دالی که شرایط احتراق Mild را دارد، مبنای مدلسازی قرار گرفته است[Proc. Combust. Inst. 29 (2002)،1147-1154]. در مدلسازی انجام شده از معادلات RANS و مدل توربولانسی اصلاح شده به همراه مدل EDC برای ایجاد رابطه مناسب بین سینتیک شیمیایی و آشفتگی جریان و همچنین از سازوکارهای شیمیایی کامل GRI2.11 و کاهش یافته DRM-22 استفاده شده است. با تغییر غلظت اکسیژن هوای داغ ورودی و سرعت فواره سوخت، ویژگی های این شرایط احتراقی نظیر اهمیت قدرت نفوذ مولکولی در میدان و سرعت واکنش ها و توزیع متغیرهای میدان بررسی شد. دیده شد که در چنین شرایطی پدیده انتقال مولکولی که در جریان های آشفته متعارف معمولا قابل صرف-نظر کردن است، دارای اهمیت خواهد شد. همچنین نتایج حاکی از آن است که با دور شدن از دهانه نازل، سرعت و شدت واکنش ها افزایش یافته و ضمن دور شدن از شرایط احتراق Mild از دقت مدلسازی کاسته می شود. همچنین در نزدیکی دهانه نازل و غلظت های اکسیژن کم و رینولدزهای پایین اثرگذاری انتقال مولکولی قابل توجه است و نباید از آن صرف نظر شود. مقایسه نتایج مدلسازی و تجربی حاکی از رضایت بخش بودن دقت نتایج عددی دارد.
کلید واژگان: احتراق Mild, رقیق سازی, آشفتگی, متان, هیدروژنMild is an acronym for moderate or intense low-oxygen dilution and refers to oxidizer high preheating and dilution. The Mild combustion has features which set it apart from other combustion systems, such as higher reaction zone volume, more uniform temperature distribution, lower reaction rate, lower heat release rate and lower Damkohler number in comparison with the ordinary combustion regime. In this paper, characteristics of the Mild regime were studied numerically. The experimental conditions of Dally et al. [Proc. Combust. Inst. 29 (2002) 1147–1154] were used for modelling in the present study. The EDC model was used to describe the turbulence-chemistry interaction. The DRM-22 reduced mechanism and the GRI 2.11 full mechanism were used to represent the chemical reactions of H2/methane jet flame. The distribution of temperature, some species, reaction rates and also the importance of molecular diffusion for various O2 levels and jet Reynolds numbers were investigated. The results show that the molecular diffusion in Mild combustion cannot be ignored in comparison with the turbulent transport. Also, the method of inclusion of molecular diffusion in combustion modelling has a considerable effect on the accuracy of numerical modelling of Mild combustion. By decreasing the jet Reynolds number and reducing the oxygen concentration in the airflow, the influence of molecular diffusion on Mild combustion increases. Moreover, the effect of the molecular diffusion reduces on reaction zone when moving away from the nozzle. Although the agreement between numerical and experimental results are very satisfactory, by distancing from the nozzle, the rate of reactions increases while deviation from Mild condition and numerical errors grows. -
در پژوهش حاضر به مطالعه ی تجربی پایداری شعله ی غیر پیش آمیخته و آشفته پروپان و گاز طبیعی همراه با جریان اکسیدکننده هم محور پرداخته شده است. اثر سرعت جریان های سوخت و اکسیدکننده و رقیق سازی جریان اکسیدکننده مطالعه شده و دو نوع حد پایداری مشاهده شده است. برخاستگی شعله از روی نازل سوخت اولین حد پایداری است. دومین حد، خاموشی قسمت آشفته شعله در نقطه گذار از جریان آرام به آشفته است. در طی انجام آزمایش ها، جریان های سوخت و اکسیدکننده در دمای محیط (oC 25) هستند. در طی فرایند رقیق سازی، اکسیدکننده اکسیژن با گازهای نیتروژن یا دی اکسیدکربن رقیق می شود و در سایر آزمایش ها از هوای محیط به عنوان اکسیدکننده استفاده شده است.
کلید واژگان: مطالعه ی تجربی, پایداری, شعله ی غیر پیش آمیخته و آشفته, رقیق سازیThe stability behavior of jet non-premixed flame developing in a coflowing stream is studied experimentally, using city gas and propane as fuel gases. Effects of oxidant and fuel stream velocities and oxidant stream dilution have been studied. Two types of stability limits are observed. Blow-off of the rim-stabilized flame is the first stability limit. The second is the break-off or extinction of the turbulent portion of the flame at the transition point from laminar to turbulent flow. Oxidant and fuel streams are in environmental temperature. In dilution experiments, oxidant primary stream is oxygen as diluted with nitrogen or carbon dioxide. In the other experiments, oxidant is environmental air. -
در پژوهش حاضر به مطالعه ی شعله نفوذی پروپان و گاز طبیعی به همراه اکسیژن در محدوده ی جریان آرام و در دو مرحله پرداخته شده است. در مرحله اول اثر رقیق سازی اکسیدکننده اکسیژن با گازهای نیتروژن و دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار گرفته است. در این قسمت پایداری و تغییر شکل شعله در برابر فرایند رقیق سازی محور مطالعه قرار گرفته است. در مرحله دوم پیش گرم اکسیژن تا K 480 و رقیق سازی همزمان آن با گازهای نیتروژن یا دی اکسیدکربن مورد پژوهش قرار گرفته و نتایج با حالت بدون پیش گرم مقایسه شده است. پیش گرم سبب پایداری بیشتر شعله در برابر فرایند رقیق سازی می شود و به علت بالا رفتن دمای محصولات احتراق در پیش گرم، این شعله ها نسبت به حالت بدون پیش گرم درخشندگی بیشتری دارند.
کلید واژگان: مطالعه ی تجربی, شعله نفوذی, پروپان, گاز طبیعی, اکسیژن, رقیق سازی, پیش گرمIn the present study, propane/ oxygen and city gas/ oxygen diffusion flames within a laminar regime have been investigated in two parts. First, the effect of oxygen dilution with nitrogen and carbon dioxide gases has been investigated. In this section, stability and flame structure variations against the dilution process are studied. In the second part, oxidant stream preheating up to 480 K, and contemporaneous diluting with nitrogen or carbon dioxide are investigated and the results are compared against non-preheating tests. Preheating causes more flame stability in comparison to the dilution process. Because of the temperature rise in the combustion of such products during preheating, these flames are more luminous in comparison with normal temperature flames.
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.