فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال پنجم شماره 1 (پیاپی 9، بهار و تابستان 1391)

نشریه سوخت و احتراق
سال پنجم شماره 1 (پیاپی 9، بهار و تابستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1392/01/26
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمید معصومی، حمید آب روشن صفحه 1
    در این مقاله، اثر تغییر زاویه مشعل های دیگ بخار بر روی متغیر های جریان گازی و فرایند احتراق به صورت عددی بررسی شده است. بدین منظور دیگ بخار نیروگاه 320 مگاواتی بندرعباس با ابعاد واقعی در نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است و معادلات سه بعدی انتقال تکانه، انرژی و گونه های شرکت کننده در واکنش احتراق در فضای محاسباتی به طور کامل حل شده اند. اثر آشفتگی بر جریان سیال و احتراق به ترتیب با استفاده از مدل های استاندارد و اتلاف گردابه درنظر گرفته شده است و برای منظورکردن اثر انتقال حرارت تشعشع مدل P1 به کار رفته است. متغیرهای احتراق و جریان سیال برای زوایای مختلف مشعل ها محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که تغییر زاویه مشعل ها راه کار مناسبی برای کنترل شعله ها و دمای قسمت های مختلف دیگ بخار و درنتیجه کاهش آلاینده ها و محافظت از اجزای داخلی دیگ بخار است. نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج منتشرشده مقایسه شده و رفتار قابل قبولی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: احتراق، زاویه مشعل، شبیه سازی عددی، کوره
  • یاشار آفرین، صادق تابع جماعت* صفحه 15

    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.

    کلیدواژگان: احتراق MILD، متان، هیدروژن، غلظت اکسیژن، رینولدز سوخت، LES
  • محسن دوازده امامی، حسین عطوف، محمدرضا رضایی بخش صفحه 31
    در این مقاله، فرایند برگشت شعله و استقرار آن در داخل محیط متخلخل سرامیکی دولایه ای از جنس SiC به صورت تجربی بررسی شده است. با توجه به اهمیت استقرار شعله بر روی سطح این مشعل ها برای ایجاد حداکثر بازده، عوامل موثر بر پدیده برگشت شعله به زیر سطح همچون نرخ آتش و میزان چگالی حفره و نیز نحوه برگشت شعله، از طریق اندازه گیری دما در طول محیط متخلخل، مورد مطالعه قرار گرفته است. مخلوط ورودی شامل گاز طبیعی و هوا به صورت ترکیبی با نسبت هم ارزی 65/0 بوده و به صورت کاملا پیش-مخلوط وارد مشعل می شود. برای بررسی چگونگی برگشت شعله، نحوه پیش گرمایش و بهبود سرعت شعله از طریق رصد بیشینه دما در داخل بستر متخلخل بررسی و توضیح داده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نرخ آتش در یک چگالی حفره ثابت، میزان پیش گرمایش لازم برای برگشت شعله افزایش و زمان برگشت شعله کاهش می یابد. با افزایش چگالی حفره، زمان برگشت شعله و پیش گرمایش لازم برای برگشت شعله کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل، سیلیکون کربید، برگشت شعله، مطالعه آزمایشگاهی
  • حمید مهدی هروی، امیر مقصودی صفحه 43
    محفظه احتراق ضربانی دارای ساختاری ساده، هزینه کارکرد کم و قابل راه اندازی با انواع سوخت است. در این تحقیق، با ساخت محفظه احتراق ضربانی، به بررسی تجربی برخی از عوامل موثر بر آلاینده های NOX و CO و همچنین دمای شعله و فرکانس احتراق پرداخته شده است. دستگاه آزمایش به صورت غیر پیش آمیخته ساخته شده است. متغیرهای کلیدی آزمایش دبی جریان سوخت ورودی و طول لوله تخلیه هستند. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهد که با کاهش دبی سوخت، غلظت NOX و CO کاهش یافته و به کمترین مقدار خود به ترتیب ppm 17و ppm 65 می رسند. این مقدار NOX، در مقایسه با مشعل های معمولی که در حدود 58 تا ppm138می باشد، بسیار مطلوب است. افزایش طول لوله تخلیه باعث کاهش غلظت آلاینده های NOX وCO و همچنین سبب کاهش فرکانس احتراق می شود. مقایسه نتایج حاصل با نتایج سایر محققان مطابقت خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق ضربانی، غیر پیش آمیخته، مواد آلاینده، آزمایشگاهی
  • مهدی تیماجی، کیومرث مظاهری صفحه 55
    در انفجار ابر گازی، به دلیل همراه شدن پدیده انتشار شعله و میدان جریان آشفته، که بر اثر وجود موانعی در مسیر انتشار شعله ایجاد می شود، چین و چروک هایی با ابعاد مختلف در جبهه شعله ایجاد می شود. به دلیل بر هم کنش شعله-گردابه، نرخ گسترش شعله و افزایش فشار تشدید می شود. چالش اساسی در مدل-سازی این پدیده چگونگی محاسبه سرعت سوزش آشفتگی است. در این مقاله از ترکیب دو روش معادله انتقال چروکیدگی سطحی شعله و SCOPE3، که برای محاسبه چگالی سطحی شعله در انفجار ابر گازی در مقیاس بزرگ ارائه شده است، استفاده شده است. روش SCOPE3 به دلیل درنظرگرفتن نقش آشفتگی های بالا، توانایی مدل سازی انفجار ابر گازی در حضور موانع زیاد را داراست. از این رو، نتایج عددی حاصل از ترکیب معادله انتقال چروکیدگی سطحی شعله و SCOPE3، مقدار بیشینه فشاری و زمان رسیدن به آن را در شبیه سازی انفجار ابر گازی در مقیاس بزرگ بسیار خوب پیش بینی می کند
    کلیدواژگان: انفجار ابر گازی، مدل ترکیبی، چگالی سطحی شعله، مدل SCOPE3، مقیاس بزرگ
  • آرش محمدی، علی جزایری، مسعود ضیا بشر حق صفحه 71
    محیط های متخلخل در مشعل ها به منظور پایداری احتراق با مخلوط-های رقیق، افزایش توان خروجی، گسترش محدوده اشتعال پذیری و کاهش آلاینده های حاصل از احتراق کاربرد زیادی دارند. مشخصه موتورهای احتراق داخلی آینده میزان آلایندگی بسیار کم به همراه کمترین مقدار مصرف سوخت تحت تمام شرایط کارکرد موتور است و این متغیرها وابسته به فرایند تشکیل مخلوط و احتراق است. این هدف با همگن کردن فرایند احتراق امکان پذیر است که کنترل آن ها در موتورهای احتراق داخلی بسیار مشکل است. در این مقاله، شبیه سازی یک موتور تزریق مستقیم انجام گرفته که در سر سیلندر آن فضایی نیمکره ای برای محیط متخلخل ایجاد شده که تنها نقش بازیاب را دارد و از لحاظ شیمیایی بی اثر است. مطالعه سه بعدی جریان و احتراق داخل سیلندر و محیط متخلخل همزمان با یکدیگر با استفاده از کد تصحیح شده کیوا انجام شده است. به دلیل نبود نتایج آزمایشگاهی منتشر شده برای موتورهای محیط متخلخل، برای اعتبار نتایج، پخش موج احتراقی گذرا با نتایج آزمایشگاهی مخلوط هوا و متان رقیق در بستر متخلخل مقایسه شده است. سوخت متان داخل موتور محیط متخلخل پاشیده می-شود می شود و مخلوط رقیقی تشکیل شده و احتراق به طور حجمی اتفاق می افتد. تشکیل مخلوط، تغییرات فشار و دما در هر دو فاز جامد و سیال محیط متخلخل و سیال داخل سیلندر به همراه تولید آلاینده های مونوکسید کربن و مونوکسید نیتروژن بررسی شده است. همچنین، اثر زمان پاشش روی توزیع فشار و دمای محیط متخلخل و سیال داخل سیلندر در یک سیکل بسته بررسی شده است.
    کلیدواژگان: موتور تزریق مستقیم، مح، یط متخلخل، احتراق همگن
|
  • H. Masoumi, H. Abroshan Page 1
    In this paper the effect of burners tilt angle on gaseous flows and combustion process is numerically investigated. The furnace of the Bandar Abbas power plant boiler was comprehensively simulated using FLUENT software on the actual scale. The three dimensional Navier-Stokes، the energy and the chemical species transport equations were solved in the computational domain. The standard k-ε turbulence model for fluid flow and the eddy dissipation model for turbulent combustion were utilized andradiation heat transfer was considered using the P1 model. The effects of tilt angle on the fluid flow and combustion parameters were analyzed at a constant air and fuel flow rate. Results show that changing the burners tilt angle is anappropriate way to control the flames and the temperature of different boiler parts. The obtained results were compared with the corresponding results in the literature which showed good agreement.
    Keywords: Burners tilt angle, Combustion, Furnace, Numerical simulation
  • Y. Afarin, S. Tabejamaat Page 15

    Effects 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
  • M. D. Emami, H. Atoof, M. R. Rezaeibakhsh Page 31
    The present paper concerns an experimental investigation of the flashback phenomenon of flame in a porous media burner made of two SiC-porous media. Regarding the importance of flame stabilization on the surface of these types of burners to achieve the highest efficiency، some influential parameters that affect the flame flashback، such as the firing rate and the pore density، were studied. The reactive mixture comprisednatural gas and air with an equivalence ratio of 0. 65. The temperature profile along the burner was measured by thermocouples installed at different locations of the burner، including the porous media. Results show that by increasing the firing rate at a constant porosity، the flashback temperature is increased and the flashback time is reduced. An increase in the porosity results in reduction of flashback temperature and its associated time.
    Keywords: Porous media, SiC, Flashback, Experiment
  • H. M. Heravi, A. Maghsoodi Page 43
    Pulse combustors are simple، low-cost and can operate with different fuels.. In this research، a non-premixed pulse combustor was constructed and some factors affecting NOx، CO، flame temperature and frequency of combustion were experimentally investigated. The key variables of the experiments were the inlet mass flow rate of fuel and the tailpipe length. The results show that with decreasing the mass flow rate of fuel concentrations of NOx and CO reduce and reach to their minimum values of 17 and 65ppm، respectively. This level of NOx emission is considerably lower than conventional burners which are reported to have NOx emissions of 58-138 ppm. Increasing the tailpipe length decreased concentrations of NOx and CO emissions and also reduced the frequency of combustion. The results were in good agreement with previous research reported in the literature.
    Keywords: Pulse combustor, Non, premixed, Pollutants, Experimental
  • M. Timaji, K. Mazaheri Page 55
    In a vapor cloud explosion، flame propagation phenomenon and turbulence flow field occur simultaneously. At the same time، the existence of obstacles in the flame propagation direction، leads to wrinkling of the flame front. The mechanism of flame wrinkling phenomenon occurs due to the effect of the flame-vortex interactions. Large scale vortices deform the flame front and increase its surface area. Increasing flame surface area ends in an increase of burning velocity and intensification of pressure build up. The major challenge in modeling of large scale vapor cloud explosion is calculation of turbulent flame speed. In this paper a combined model of Weller''s wrinkling factor transport equation and SCOPE3 model was utilized to calculate this parameter. The SCOPE3 model considers high intensity turbulence. Therefore،the combined model is suitable for modeling of the vapor cloud explosion in presence of significant obstacles. Numerical results also confirm the ability of this model to accurately predict pressure history
    Keywords: Vapor Cloud Explosion, Combined Model, Flame surface density, SCOPE3 Model, Large Scale
  • A. Mohammadi, A. Jazayeri, M. Ziabasharhagh Page 71
    Porous media (PM) combustion has interesting advantages compared with free flame burners due to raised burning rates، increased power ranges، extended lean flammability limits، and reduced pollutant emissions. In future internal combustion engines pollutant emissions and fuel consumption should be minimized under a wide range of speed and loads. These parameters strongly depend on mixture formation and combustion processes which are difficult to control in a conventional engine. This may be achieved by realization of a homogeneous combustion process in engine. This paper deals with the simulation of a direct injection internal combustion engine equipped with a chemically inert PM of hemispherical geometry used to homogenize and stabilize the combustion. A 3D numerical model for PM engine is presented in this study based on a modified version of the KIVA-3V code. Due to lack of any published data about the PM engine، numerical combustion wave propagation in the porous medium were compared with experimental data of methane-air mixture under filtration in a packed bed which showed very good agreement. Methane was injected directly inside the hot PM which was assumed to be mounted on the cylinder head. A lean mixture was formed and volumetric combustion occurred in the PM. The mixture formation، pressure and temperature distribution in both phases of PM and in-cylinder fluid، the production rates of CO and NO، and effect of injection time in the closed part of the cycle were studied.
    Keywords: Direct injection engine, Porous media, Combustion