سوخت و احتراق
سال:1397 | دوره:11 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

در کار حاضر، به شبیه سازی سه بعدی احتراق پودر زغال در دهانه لوله دمش کوره بلند در حضور گاز طبیعی 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. از سوخت های کمکی در کوره بلند، به منظور افزایش بهره وری، کاهش هزینه های تولید و بالابردن بازده، 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 غیرپیش 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 گردابه 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-e و برای انتقال حرارت تشعشعی ناشی از گازهای داغ، از مدل DO استفاده شده است.

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. مهم ترین مزیت استفاده از مدل احتراقی فلیملت 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.

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 21 Nm 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 1.97 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 7.3 درصد بود. با افزایش نسبت EGR دمای بیشینه درون سیلندر کاهش یافت. به طور کلی، افزایش نسبت EGR موجب کاهش مقدار بیشینه نرخ آزادسازی گرما شد. با افزایش نسبت EGR مقدار آلاینده NOX خروجی موتور برای هر دو نوع سوخت استفاده شده کاهش یافت.

رم جت فراصوت و یا اسکرم جت نوع پیشرفته تر موتورهای صنعت هوا فضاست. انجام احتراق این نوع موتورها در سرعت فراصوت 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، از نظر 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-w ، از نظر 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.

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 15 درصد افزایش و انتشار الاینده NOx حدود 52 PPM کاهش یافته است. نتایج عددی و تجربی توزیع دما و انتشار NOx تطابق خوبی نشان می دهند.

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 4.2 متر بر ثانیه 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.

سرعت سوزش متلاطم مخلوط سوخت و هوا به سرعت سوزش آرام آن بستگی دارد. دما، فشار، نسبت هم ارزی (f) 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 فشار 5 تا 20 بار، 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 گاز طبیعی 25%، 50%، 75% و 100% و فشار و دمای اولیه به ترتیب500 kPa  و 333 K برآورد شد. نتایج حاصله از مخلوط بنزین- هوا در مقایسه با گاز طبیعی- هوا نشان داد که سرعت سوزش آرام گازطبیعی در رنج 5 تا 20 بار، بیشتر از بنزین است. همچنین با استفاده از ترکیب گازطبیعی و بنزین، مشاهده شد که در فشارهای کمتر از20 بار سرعت سوزش تحت شرایط حاکم برای حالت های 25% و 50% جرمی گاز طبیعی کمتر از 100% گاز طبیعی است.