سوخت و احتراق
سال:1399 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

در این مقاله به بررسی عددی تاثیر میدان مغناطیسی با گرادیان های کاهشی و افزایشی بر رفتار شعله غیر پیش آمیخته آرام متان پرداخته شده است. به منظور بررسی تاثیر میدان مغناطیسی، از مدل احتراقی آرنیوسی و همچنین سینتیک یک مرحله ای متان-هوا برای شبیه سازی استفاده شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مطابقت خوبی داشته و دمای شعله ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده نشان دهنده تغییر شکل شعله و افزایش دمای آن تحت تاثیر گرادیان میدان مغناطیسی است. با قرارگیری شعله در میدان مغناطیسی، در دو حالت گرادیان کاهشی و افزایشی، دمای شعله، افزایش و ارتفاع شعله کاهش می بابد. با اعمال میدان مغناطیسی گرادیان کاهشی، دمای بیشینه در بالای مشعل از ارتفاع 4. 5 میلی متر و در حالت بدون میدان به ارتفاع 2. 5 میلیمتر می رسد، در حالی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی گرادیان افزایشی این مقدار 4 میلی متر است که نشان دهنده کاهش ارتفاع شعله نیز است. تغییرات رفتار شعله در حالت میدان با گرادیان کاهشی مشهودتر است. میدان مغناطیسی در کاهش کسر جرمی متان نسوخته و محصولات احتراق در طی فرآیند احتراق موثر است. در حالت گرادیان کاهشی و افزایشی، متان نسوخته نسبت به حالت بدون میدان به ترتیب 99 و 52 درصد کاهش می یابد.

این مقاله به بررسی گازسازی مازوت پالایشگاه تهران با عامل گازکننده هوا می پردازد. در ابتدا گازسازی مازوت با رویکرد ترمودینامیکی تعادلی مدل سازی شده و سپس به صورت تجربی، عملکرد دمایی یک گازساز جریان حامل مطالعه شده است. بدین منظور یک مجموعه گازسازی سوخت نفتی سنگین با ظرفیت 7 کیلوگرم بر ساعت طراحی و ساخته شد. مشخصات فیزیکی-شیمیایی این سوخت نفتی سنگین از طریق آزمایشگاهی تعیین گردید. در یک مطالعه پارامتریک به کمک مدل تعادلی در نرم افزار Aspen plus برای شرایط پایدار، اثر نسبت هم ارزی بر شاخص های عملکردی در گازسازی شامل ترکیبات گاز سنتزی، ارزش حرارتی و دمای گازسازی بررسی شد. توزیع درجه حرارت درون گازساز و مصرف کربن جامد سوخت نفتی سنگین، عوامل موثری در تولید گاز سنتزی و عملکرد بهینه گازسازی می باشند. در مطالعه تجربی، دمای گازسازی در نقاط مختلف گازساز اندازه گیری شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهند که مقادیر CO، H2 و HHV در نسبت هم ارزی برابر 39/0 بیشینه بوده که منطبق با مصرف کامل کربن جامد است. با افزایش نسبت هم ارزی، دمای گازسازی زیاد شده که این منطبق بر نتایج تجربی نیز می باشد. مقایسه نتایج مدل سازی و تجربی نشان می دهد که ضمن هماهنگی روند تغییرات دمای گازسازی، اختلاف دماهای تجربی و مدل سازی با افزایش نسبت هم ارزی کاسته می شود؛ همچنین پس از یک فاصله کوتاه از نوک انژکتور، درجه حرارت در طول گازساز با نرخ ثابتی کاهش می یابد. در نهایت، به منظور عملکرد بهینه گازسازی سوخت نفتی سنگین، یک تناسب بین طول گازساز و نسبت هم ارزی بر اساس پیشرفت یکی از واکنش های اساسی در گازسازی ارایه شده است.

نگرانی از افزایش آلودگی محیط زیست و افزایش گازهای گلخانه ای، حاصل از استفاده سوخت های فسیلی، محققان را به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر سوق داده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات زیست محیطی تولید سوخت بیواتانول از ضایعات سیب زمینی از مرحله کشاورزی تا مرحله تولید بیواتانول (خردکردن و له کردن و تولید مالت، هیدرولیز آنزیمی، تخمیر و آبگیری) پرداخته شد. بررسی زیست محیطی داده های بدست آمده با استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات در قالب 15 گروه تاثیر و 4 شاخص نهایی انجام شد و تابع کارکردی آن تولید یک کیلوگرم بیواتانول در نظر گرفته شد. نتایج بدست آمده از گروه های تاثیر در دو مرحله کشاورزی و تولید بیواتانول نشان داد که مرحله کشاورزی در تمامی گروه های تاثیر به جز گروه تاثیر سرطان زایی، مقادیر بالاتری نسبت به مراحل تولید بیواتانول در کارگاه (تولید مالت، هیدرولیز، تخمیر و آبگیری) دارد. همچنین، نتایج نشان داد بالاترین سهم در ایجاد گروه های تاثیر مختلف مربوط به مصرف انرژی الکتریسیته، فولاد، ماشین های کشاورزی، نیتروژن، فسفات و انتشار آلاینده های مستقیم از سطح مزرعه و کارگاه است. مقایسه بین شاخص های نهایی مختلف نشان می دهد که شاخص سلامتی انسان ها به ازای تولید یک کیلوگرم سوخت بیواتانول 9/90 برابر نسبت به کیفیت اکوسیستم، 1/28 برابر نسبت به تغییرات اقلیم و 1/48 برابر نسبت به منابع دارای اثرات مخرب زیست محیطی است.

زیولیتY بدون حضور ماده الگوساز و با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده به عنوان منبع Si و Al با موفقیت سنتز شده است. سورفکتنت (CTAB) جهت ایجاد حفرات مزو در زیولیت Y سنتزی مورد استفاده قرار گرفت. خواص فیزیکی-شیمیایی نمونه ها با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، BET، FTIR، NH3-TPD، EDX بررسی شده است. خواص و عملکرد کاتالیستی زیولیت های سنتز شده با استفاده پیروفیلیت با زیولیت Y تجاری مقایسه شده است. نتایج آنالیز XRD سنتز زیولیت Y با خلوص بالا با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده در حضور CTAB را تایید می کند. همچنین، با استفاده از CTAB خواص بافتی و اسیدیته نمونه سنتزی بهبود یافت. فعالیت کاتالیستی زیولیت های سنتز شده در راکتور بستر ثابت مطالعه شده است. نمونه سنتز شده با استفاده از CTAB جهت تبدیل روغن سنگین به سوخت های سبک میزان تبدیلی بالاتر از 60% نشان داد. همچنین، انتخاب پذیری بالاتری نسبت به سوخت های سبک از قبیل بنزین و دیزل و نیز تولید گاز بیشتری برای زیولیت سنتز شده با استفاده از CTAB نسبت به نمونه های دیگر مشاهده شد. به علت وجود حفرات مزو و دسترسی مناسب تر مولکول های خوراک به مکان های فعال کاتالیستی، نمونه سنتز شده با CTAB میزان فعالیت و گاز تولیدی بالاتری را نشان داد.

در این پژوهش، با استفاده از حسگر نوری و سیستم داده برداری، به بررسی پایداری مشعل شعله سطحی پرداخته می شود. نوسانات شدت نور توسط حسگر نوری اندازه گیری و سپس، با استفاده از تبدیل فوریه سریع، از فضای زمانی به فضای فرکانسی انتقال داده شد و از منحنی پاسخ فرکانسی، فرکانس طبیعی نوسانات استخراج شد. برای اینکه بتوانیم رفتار دینامیک را برای شعله پیش آمیخته نشان دهیم، شعله های پیش آمیخته به دو ناحیه شعله های سلولی و شعله های مسطح تقسیم بندی می شوند. این تقسیم بندی وابسته به نرخ جریان و نسبت هم ارزی است. در شعله های مسطح، با افزایش نرخ جریان، به دلیل افزایش سرعت گازهای داغ سوخته شده، فرکانس نوسانات نیز افزایش می یابد. در شعله ه ای سلولی، با افزایش نرخ جریان، فرکانس نوسانات کاهش پیدا می کند. در نرخ های جریان یکسان، کاهش شدید فرکانس نوسانات نشان دهنده ظهور شعله های سلولی است. بنابراین، امکان تشخیص گذر شعله از حالت مسطح به سلولی فراهم می شود. زمانی که در یک نرخ جریان ثابت، با افزایش نسبت هم ارزی، شاهد افزایش فرکانس نوسانات نباشیم، انتقال از شعله سلولی به شعله مسطح اتفاق می افتد. شروع انتقال از شعله سلولی به شعله مسطح در نرخ های جریان 1/1، 1/2، 1/3، 1/4، 1/5 و 1/6 مترمکعب بر ساعت به ترتیب در نسبت های هم ارزی 0/6، 0/62، 0/62، 0/64، 0/66 و 0/67 اتفاق می افتد. محل شروع انتقال منطبق بر شروع ناحیه برخاستگی براساس پردازش تصویر است. این پژوهش، دارای جنبه های تازه ای از بررسی پایداری شعله می باشد بدون آنکه سبب اختلال در شکل شعله شود و به رژیم شعله آسیب وارد کند.

در معادن زغال سنگ، انفجار مخلوط گرد زغال و گاز متان در سال های اخیر باعث اثرات فاجعه باری شده است. اشتعال پذیری و فعالیت های شیمیایی گردوغبار مربوط به اندازه ذرات است. لذا، مکانیسم انفجار گردوغبار زغال سنگ به طور گسترده ای توسط اندازه ذرات زغال سنگ کنترل می شود. در این مقاله، اثر اندازه ذرات گردوغبار زغال سنگ بر روی شدت انفجار گردوغبار زغال سنگ با استفاده از آزمون انفجار در محفظه 2 لیتری مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های زغال سنگ مورد آزمایش از سه معدن از منطقه زغالی مهم کشور (البرز شرقی، البرز مرکزی و طبس) جمع آوری شده و به صورت گرد زغال در هشت مقیاس مختلف (149، 125، 105، 74، 63، 53، 44 و 37 میکرون) آماده سازی شده است. نتایج آنالیز سرندی نشان می دهد که تقریبا تمام نمونه گرد زغال های انتخاب شده حداقل غلظت مطلوب انفجار (250 گرم بر متر مکعب) را دارند. شدت انفجار هر نمونه با اندازه گیری حداکثر فشار، حداکثر میزان افزایش فشار و شاخص انفجار طی آزمایش های متعددی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحلیل، تمامی آزمایش ها در فشار 1/5 بار و دمای اولیه 25 درجه سانتی گراد انجام شد. طبق نتایج به دست آمده، ذرات گرد زغال با ابعاد 44 و 37 میکرون نسبت به سایر ابعاد شاخص انفجاری بالاتری دارند. بنابراین، پارامترهای حداکثر فشار انفجار و حداکثر نرخ افزایش فشار با کاهش اندازه و پراکندگی ذرات، روند افزایشی را در شدت انفجار نشان می دهد. حضور ذرات ریز باعث افزایش سطح موثر و در نتیجه باعث افزایش سرعت انفجار و نرخ ناپایداری می شود که موجب شتاب فرایند انفجار گرد زغال می شود. بنابراین، طبق نتایج به دست آمده، در فرایند بررسی انفجار گرد زغال، علاوه بر غلظت گرد زغال، اندازه ذرات نیز بایستی درنظر گرفته شود. نتایج به دست آمده در این مکانیسم نه تنها در تحقیق و پیشرفت دانش فرایند انفجار گرد زغال مفید است، بلکه در انجام اقدامات لازم برای جلوگیری از انفجار گرد زغال سنگ در معادن زغال سنگ نیز موثر است.

با توجه به این که پایداری شعله در موتورهای اسکرم جت از چالش های اساسی پیش روی توسعه ی این گونه موتورهاست، در مطالعه ی حاضر به بررسی عددی تاثیر حفره در محفظه احتراق مافوق صوت یک اسکرم جت پرداخته شده است. در این شبیه سازی دو بعدی از مدل اغتشاشی k-ɛ استاندارد و مدل احتراقی واکنشگاه نیمه مخلوط (PaSR) استفاده شده است. جریان هوا به صورت مافوق صوت و با عدد ماخ 2/05 به محفظه احتراق وارد می شود. سوخت هیدروژن نیز در شرایط صوتی و به طور متقاطع درون جریان هوا تزریق می شود. در این محفظه احتراق، به منظور پایدارسازی شعله از حفره استفاده شده و تاثیر نحوه قرارگیری حفره و تعداد حفره ها بر ساختار جریان، بازده احتراقی و ضریب بازیافت فشار سکون مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد، با افزایش تعداد حفره ها از یک تا چهار، بازده احتراقی افزایش یافته اما ضریب بازیافت فشار سکون کاهش می یابد. برای پیکربندی با چهار حفره بازده احتراقی برابر 98% و ضریب بازیافت فشار سکون برابر 46/13% است که نسبت به پیکربندی تک حفره تقریبا با افزایش 26% بازده احتراقی و کاهش 10% ضریب بازیافت فشار سکون همراه است. بهترین عملکرد در پیکربندی های مورد مطالعه مربوط به محفظه احتراق با دو حفره موازی و دو پاشنده سوخت است.