فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال یازدهم شماره 1 (بهار 1397)
  • سال یازدهم شماره 1 (بهار 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/04/25
  • تعداد عناوین: 7
|
  • احمدرضا رحمتی *، بهروز آقایی صفحات 1-27
    در کار حاضر به شبیه سازی سه بعدی احتراق پودر زغال در دهانه لوله دمش کوره بلند در کارخانه ذوب آهن اصفهان در حالت پایا پرداخته شده است و اثر پارامترهای دمش شامل درصد اکسیژن در هوای دم و دمای هوای دم در خروجی لوله دمش بررسی شده است. استفاده از سوخت های کمکی در کوره بلند به منظور افزایش بهره وری، کاهش هزینه های تولید و بالابردن راندمان در اکثر نقاط دنیا در صنایع فولادسازی استفاده می شود. در حالت اول، شبیه سازی بدون حضور پودر زغال انجام گرفته است و فقط گاز طبیعی به عنوان سوخت در نظر گرفته شده است. در حالت دوم، گاز طبیعی حذف شده و رفتار پودر زغال به تنهایی در دهانه لوله دمش شبیه سازی شده است. مدل احتراقی مورد استفاده برای دو حالت فوق، مدل احتراق غیر پیش آمیخته می باشد. در حالت سوم، احتراق ترکیب سوخت های گاز طبیعی و پودر زغال در دهانه لوله دمش با استفاده از مدل احتراق اتلاف ادی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش درصد اکسیژن و دمای هوای دم در هر سه حالت، افزایش دما و سرعت در خروجی لوله دمش را نتیجه می دهد. برای مدل سازی جریان آشفته از مدل استاندارد k-ε و برای انتقال حرارت تشعشعی ناشی از گازهای داغ، از مدل DO استفاده شده است.
    کلیدواژگان: پودر زغال، کوره بلند، دهانه لوله دمش، احتراق غیر پیش آمیخته، احتراق اتلاف ادی
  • اسماعیل ابراهیمی فردویی، کیومرث مظاهری *، فائزه احسانی درخشان صفحات 29-48
    هدف مطالعه حاضر بررسی تاثیر سینتیک شیمیایی و مدل تشعشعی در شبیه سازی احتراق گاز طبیعی- اکسیژن با استفاده از مدل احتراقی فلیملت است. بدین منظور از سه سینتیک شیمیایی C1_C3، DRM22 و GRI3.0 جهت بررسی سینتیکی و از دو مدل تشعشعی DO و P1 به منظور بررسی تاثیر مدل تشعشعی استفاده شده است. همچنین نتایج حاصل از در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعی با شرایط بدون تشعشع نیز مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل فلیملت با داده های تجربی و مدل احتراقی PaSR مقایسه شده اند. مهمترین مزیت استفاده از مدل احتراقی flamelet نسبت به مدل PaSR کاهش قابل توجه هزینه محاسبات است. مطابق یا نتایج بدست آمده، سینتیک C1_C3 بالاترین دقت را در پیش بینی توزیع دمای داخل کوره داشته و شعله ایجاد شده به وسیله آن تطابق خوبی با شبیه سازی انجام شده به وسیله مدل احتراقی PaSR دارد؛ در حالی که طول شعله حاصل از سینتیک های DRM22 و GRI3.0 بسیار کم پیش بینی شده است. علاوه بر این استفاده از مدل تشعشعی P1 در مقایسه با مدل DO به علت پیش بینی بیشتر مقادیر تلفات تشعشعی در آن منجر به خطای محاسباتی بیشتر در محاسبه توزیع دما و همچنین پیش بینی طول ناحیه دما بالا درون کوره می شود.
    کلیدواژگان: احتراق گاز طبیعی، اکسیژن، مدل احتراقی فلیملت، انتقال حرارت تشعشعی، سینتیک شیمیایی
  • فرزاد جلیلیان تبار، غلامحسن نجفی *، برات قبادیان صفحات 49-67
    در این تحقیق، تاثیر استفاده از یک سامانه EGR بر پارامترهای احتراقی و آلاینده های NOx و دوده در یک موتور با سوخت بیودیزل بررسی شد. بدین منظور، از یک موتور اشتعال تراکمی تحقیقاتی، دو نوع سوخت دیزل خالص و مخلوط دیزل و بیودیزل (B20)، سه نسبت EGR (0، 10 و 25 درصد) و سه بار 7، 14 و Nm 21 استفاده شد. سوخت مورد استفاده سوخت بیودیزل حاصل از روغن پسماند بود. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که افزودن سوخت بیودیزل به سوخت دیزل به میزان کمی موجب افزایش فشار بیشینه درون سیلندر شد. بیشترین افزایش فشار بیشینه، به دلیل استفاده از سوخت بیودیزل برابر با 97/1 درصد بود. با افزایش نسبت EGR، فشار بیشینه درون سیلندر کاهش یافت. مقدار تاخیر در اشتعال برای سوخت B20 کمتر از سوخت دیزل خالص بود. بیشترین مقدار کاهش تاخیر در اشتعال برابر با 3/7 درصد بود. با افزایش نسبت EGR دمای بیشینه درون سیلندر کاهش یافت. به طورکلی، افزایش نسبت EGR موجب کاهش مقدار بیشینه نرخ آزادسازی گرما شد. با افزایش نسبت EGR مقدار آلاینده خروجی موتور برای هر دو نوع سوخت استفاده شده کاهش یافت.
    کلیدواژگان: احتراق، بیودیزل، EGR، تاخیر در اشتعال، نرخ آزاد سازی گرما
  • علی میرمحمدی *، سعید روستایی صفحات 69-82
    رم جت فراصوت و یا اسکرم جت نوع پیشرفته تر موتورهای صنعت هوا فضاست. انجام احتراق این نوع موتورها در سرعت فرا صوت باعث می شود که اسکرم جت بتواند به سرعت هایی بالاتر از سرعت رم جت های متداول برسد. احتراق در سرعت های فراصوت نیاز به پایداری دارد. چون حفره ها در پایداری احتراق جریان های واکنشی فراصوتی در اسکرم جت ها اهمیت زیادی دارند، در این مقاله، با شبیه سازی جریان لایه برشی حفره با استفاده از مدل های مختلف اغتشاشی، اثر عوامل مختلف در این نوع جریان ها بررسی شد. ابتدا، با کمک مدل سازی جریان با مدل های مختلف اغتشاشی بهترین مدل، ازنظر دقت و سرعت حل، برای شبیه سازی جریان های لایه برشی حفره معرفی شد. سپس، به کمک مدل انتخاب شده، حل هایی برای زوایای مختلف دیوار حفره انجام شد و نتایج با هم مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل اغتشاشیSST-k-ω ، ازنظر دقت و سرعت، بهترین مدل برای حل مسائل مربوط به لایه بررشی حفره است. همچنین، در این تحقیق، زوایای مختلف درنظر گرفته شده برای دیوار عمودی پشت نشان داد که دما در حفره ها با زاویه تند به شدت افزایش می یابد. بنابراین، دما عامل مهمی در تعیین زاویه خواهد بود و ممکن است محدودیت نقطه ذوب مواد به کاررفته انتخاب زاویه را تحت تاثیر قرار دهد.
    کلیدواژگان: رم جت، اسکرم جت، پایداری احتراق، مدل SST، k، w، لایه برشی حفره
  • محمد جلیلی مهر، محمد مقیمان *، حمید نیازمند صفحات 83-99
    در این مقاله، با هدف افزایش تابش شعله گاز طبیعی، اثر گرمایش مستقیم سوخت در محفظه پیش احتراق بر تولید ذرات کربنی در فرایند احتراق و تاثیر آن بر درخشندگی شعله، دمای محصولات احتراق و همچنین انتشار آلاینده های احتراقی مورد مطالعه عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. کل دبی جرمی سوخت ورودی ثابت بوده که از دو مجرای مختلف وارد محفظه پیش احتراق می شوند. ابتدا، سوخت اولیه به صورت محوری و سپس سوخت خوراک به صورت شعاعی در شعله حاصل از گاز اولیه تزریق شده و اثر نسبت سوخت اولیه به کل دبی سوخت مطالعه شده است. شبیه سازی ها به صورت سه بعدی انجام شده و برای مدلسازی احتراق از مفهوم کسر مخلوط و با درنظر گرفتن اثرات آشفتگی بر نرخ واکنش های شیمیایی از مدل تابع چگالی احتمال با توزیع فرضی استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهد که در نسبت های سوخت اولیه به کل دبی سوخت کمتر از 50 درصد، دوده ناشی از احتراق ناقص سوخت خوراک در محفظه پیش احتراق باعث افزایش انتشارCO در خروجی کوره و کاهش بازده احتراق می شود. اما، در نسبت های سوخت اولیه به کل دبی سوخت بیشتر از 50 درصد و کامل تر شدن فرایند احتراق، به علت تجزیه حرارتی سوخت خوراک و تولید کربن زنده، تابش از شعله افزایش یافته است. در نسبت سوخت اولیه به کل دبی سوخت برابر 85 درصد، ذرات کربنی به میزان 9 درصد دبی سوخت کل تولید می شود و این ذرات کربنی در داخل شعله اصلی با کسب انرژی درخشان شده و در نتیجه آن تابش 15درصد افزایش و انتشار الاینده NOx حدود PPM52 کاهش یافته است. نتایج عددی و تجربی توزیع دما و انتشار NOx تطابق خوبی نشان می دهند.
    کلیدواژگان: گرمایش مستقیم گاز، ذرات کربنی، دوده، تابش درخشانی، تجزیه حرارتی
  • مسعود عیدی عطارزاده، صادق تابع جماعت *، محمد فرشچی، محمود مانی صفحات 101-120
    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.
    کلیدواژگان: اشتعال، جریان بدون لایه برشی، روش شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل شعله ضخیم شده، شعله لبه دار
  • ابراهیم عبدی اقدم *، مهرداد سرابی، مجتبی مهربد خمیرانی صفحات 121-134
    سرعت سوزش متلاطم مخلوط سوخت و هوا به سرعت سوزش آرام آن بستگی دارد. دما، فشار، نسبت هم ارزی ( ) و نوع سوخت از فاکتورهای اساسی سرعت سوزش آرام هستند. در کار حاضر برای روشن شدن تاثیر ترکیب دو سوخت بنزین و گازطبیعی در گستره ی فشار 5-20 bar روی سرعت سوزش آرام، داده های تجربی فشار-زمان در طول فرآیند احتراق از بمب حرارتی کروی حجم ثابت به همراه تعلیقات مربوطه استخراج شده و برای محاسبه سرعت سوزش آرام از روی این داده ها از کد ترمودینامیکی چند منطقه ای بهره برده شده است. در طول دوره احتراق سرعت سوزش آرام مخلوط بنزین-هوا و گازطبیعی-هوا در نسبت هم-ارزی استوکیومتری و همچنین سرعت سوزش مخلوط های گازطبیعی-بنزین و هوا با درصدهای جرمی گازطبیعی 25% ،50%، 75% و 100% و فشار و دمای اولیه ی بترتیب500kPa و 333K برآورد شد. نتایج حاصله از مخلوط بنزین-هوا در مقایسه با گازطبیعی-هوا نشان داد که سرعت سوزش آرام گازطبیعی در رنج 5-20bar بیشتر از بنزین است. همچنین با استفاده از ترکیب گازطبیعی و بنزین، مشاهده شد که در فشارهای کمتر از20bar سرعت سوزش تحت شرایط حاکم برای حالت های 25% و50% جرمی گازطبیعی کمتر از 100% گاز طبیعی است.
    کلیدواژگان: سرعت سوزش آرام، بمب حجم ثابت، گازطبیعی، بنزین، مخلوط دو سوخت
|
  • A.R. Rahmati *, B. Aghaie Pages 1-27
    In the present study, a steady state three dimensional simulation of the pulverized coal combustion inside tuyere of blast furnace in Isfahan Steel has been investigated and the effect of the blast air parameters such as oxygen percent in blast air and blast air temperature at the outlet of the tuyere has been investigated. The use of auxiliary fuels in the blast furnace is used to increase productivity, reduce production costs and increase efficiency in most parts of the world in the steel industry. In the first case, the simulation is carried out without the pulverized coal and only natural gas was considered. In the second case, gas removed from geometry and the combustion behavior of pulverized coal is simulated. The combustion model used for these cases is non-premixed combustion. In the third case, combustion behavior of the combination of natural gas and pulverized coal in the blast furnace tuyere is simulated by using the eddy dissipation model. The results show that increasing the oxygen content and the blast air temperature cause to increase the maximum temperature and maximum velocity at outlet. The standard k-ε model is used for turbulence and the DO radiation model solves the radiative transfer equation.
    Keywords: Pulverized coal, Blast furnace, Tuyere, Non, premixed combustion, Eddy dissipation combustion
  • Esmaeil Ebrahimi Fordoei, Kiumars Mazaheri *, Faeze Ehsani Derakhshan Pages 29-48
    The aim of this study was to investigate the effect of chemical kinetics and radiation model on the simulation of natural gas- oxygen combustion by using flamelet combustion model. For this purpose, C1_C3, DRM22 and GRI3.0 chemical kinetics in order to kinetically investigation and the radiation model effect has been used from two radiation model DO and P1. Also, results from the consideration of radiation heat transfer with non-radiation conditions are compared. The results of flamelet combustion model have been compared with the experimental data and PaSR combustion model. The most important advantage of using flamelet combustion model over the PaSR model is a significant reduction in the cost of calculation. According to obtained results, C1_C3 chemical mechanism predicting temperature distribution in furnace with highest accuracy and flame shape created by it has good match with PaSR model simulation; While the obtained flame length with DRM22 and GRI3.0 chemical mechanisms predicted very low. In addition, the use of P1 radiation model in comparison with DO model due to prediction of higher radiation losses in it leads to more computational errors in calculating the temperature distribution as well as the prediction of the length of the high temperature region in furnace.
    Keywords: Natural Gas, Oxygen Combustion, Flamelet Combustion Model, Radiation Model, Chemical Kinetic
  • Farzad Jaliliantabar, Gholamhassan Najafi *, Barat Ghobadian Pages 49-67
    In this study, the effects of EGR on the combustion behavior, and and soot emissions of a diesel engine fueled by biodiesel is investigated. To do so, a compression ignition engine, diesel fuel, biodiesel fuel blend (B20) obtained from waste cooking oil, three EGR rates (0, 10 and 20%) and 7, 14 and 21Nm engine loads are used. The results show that the addition of biodiesel to diesel fuel increases the cylinder pressure and the maximum increase is 1.97%. In addition, the cylinder pressure increases with increasing EGR rate. Also, the ignition delay of B20 is lower than diesel and the maximum decrease of the ignition delay is 7.3%. The in-cylinder temperature is decreased with increasing EGR rate and ultimately, it can be stated that the maximum heat release rate increases with increasing EGR rate. The emissions decrease with increasing EGR rate for both types of fuels.
    Keywords: Combustion, Biodiesel, EGR, Ignition delay, Heat release rate
  • Ali Mirmohammadi *, Saeed Rostaiy Pages 69-82
    Ultra sonic Ram-Jet and Scram-Jet are high technology engines in aerospace industries. Scram-Jet engine can achieve higher velocity than common Ram-Jet, because its combustion is done in ultrasonic velocity. Combustion in ultrasonic velocity needs stability. Since cavities are very important in combustion stability of ultrasonic reaction flows, in this paper different parameters effects of ultrasonic cavity flow wall shear layer was solved using different turbulence modeling and studied with numerical simulation. Firstly, the best turbulence model in solution precision and speed introduced for wall shear layer solution in ultrasonic cavity flow. Then after model selection, solution continued for different cavity wall angle and its results compared. The results shown that SST-k-ω turbulence model is the best model in precision and speed for ultrasonic cavity flow wall shear layer solution, also the results of different angles for back normal wall in this research shown that in cavity with steep angle temperature increase sharply, thus the temperature is very important parameter in indicating angle value and the limitation of the melting point used may affect the angle selection.
    Keywords: Ram, Jet, Scram, Jet, Combustion Stability, SST, k, ? model, Cavity shear layer
  • Mohammad Jalilimehr, Mohammad Moghiman *, Hamid Niazmand Pages 83-99
    In this paper, the effects of heating fuel (natural gas) directly in a gas-fired furnace equipped with a pre-combustor on soot production, luminosity, flame temperature and NOx emissions are investigated numerically and experimentally. Changing F1 and F2 (feeding) fuel rates, in constant total fuel flow rate, investigations were conducted for various F_1/F_total ratios. A probability density function (PDF) being parameterized by the mean and variance of mixture fraction was used to model chemical reactions. To describe the effects of turbulences on soot formation, a Moss–Brooks model and a 𝛽-PDF in terms of normalized temperature is employed. The results reveal that for F_1/F_total
    Keywords: Direct heating, pre, combustion, Soot, luminosity, Pollutant emissions
  • Masoud Eidiattarzade, Sadegh Tabejamaat *, Mohammad Farshchi, Mahmoud Mani Pages 101-120
    Ignition 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
  • Ebrahim Abdi Aghdam *, Mehrdad Sarabi, Mojtaba Mehrbod Khomeyrani Pages 121-134
    Turbulent burning velocity of air-fuel mixture depends on laminar burning velocity and turbulent aspects. The main factors influencing laminar burning velocity are fuel type and pressure, temperature and equivalence ratio of the mixture. In the current work, a constant volume spherical bomb and its related equipments were used to capture experimental pressure-time data during combustion period. The data was defined as input to a multi zone thermodynamic code to calculate laminar burning velocity. The velocity was evaluated for gasoline-air and Natural Gas (NG)-air mixtures at stoichiometric equivalence ratio and NG-gasoline-air mixtures with NG mass percentage of 25%, 50% 75% and 100% at stoichiometric condition with initial pressure and temperature of 500kPa and 333K, respectively. The obtained results of gasoline-air mixtures in comparison to NG-air laminar burning velocity showed that the NG-air laminar burning velocity in the range of 5 to 20bar was higher than gasoline. For dual fuel NG-gasoline it was observed that at the stoichiometric condition when bomb pressure was lower than 20bar, the laminar burning velocities of 25% and 50%NG in dual case were lower than those of 100%NG.
    Keywords: Laminar burning velocity, Combustion bomb, Natural gas, Gasoline, Dual fuel mixture