سوخت و احتراق
سال:1389 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

در این مقاله نتایج تحقیق در مورد بهبود بازده گرمایی بخاری گازی دودکش دار ارایه شده است. با تعبیه موانع مناسب درون کوره و در مسیر جریان گازهای داغ خروجی، از خروج سریع گازهای حاصل از احتراق از طریق دودکش جلوگیری شده و زمان ماند گازهای داغ در داخل بخاری افزایش و به تبع آن بازده بخاری گازی بهبود می یابد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت، جریان و انتقال گرمای گازهای حاصل از احتراق برای هندسه های مختلف پیشنهادی برای موانع جریان، شبیه سازی شده و تاثیر شکل موانع در بازده گرمایی بخاری بررسی شده است. مانع مناسب با بیشترین افزایش بازده گرمایی انتخاب شده و در نهایت با ساخت و انجام آزمون های آزمایشگاهی، نتایج حاصل از نرم افزار تایید شده است و در نهایت بازده بخاری گازی ساخت شرکت دونار خزر مدل 12000 از مقدار 76.2 به 83.9 درصد ارتقا داده شده است.

هدف از مقاله پیش رو، بررسی تجربی اثر ابعاد هندسی مارپیچ بر ناحیه گذار از شعله به تراک و کیفیت تراک تولیدی است. لذا آزمایش های گسترده ای برای بررسی اثر ابعاد هندسی مارپیچ بر طول ناحیه گذار و کیفیت تراک انجام شد. پدیده گذار از شعله به تراک در این آزمایش ها به دلیل کمتر بودن انرژی اعمالی به مخلوط از اندازه انرژی بحرانی آن رخ می دهد. در این آزمایش ها از مخلوط با نسبت هم ارزی یک هیدروژن- اکسیژن استفاده شده و مارپیچ ها در ابتدای لوله ای با قطر 2.5 و طول70  سانتی متر قرار گرفتند. با معرفی معیارهای تراک مطلوب و بررسی نتایج آزمایش ها و نزدیکی جواب ها از صحت کار اطمینان حاصل شده است. برای انتخاب مارپیچ برتر، معیارهایی بر اساس پدیده تراک همراه با ضرایب وزنی تعریف شد و مارپیچ ها امتیازبندی شدند و در نهایت سه مارپیچ حائز بیشترین امتیاز، انتخاب شدند.

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.

در این پژوهش یک شعله پیش آمیخته  آشفته متان- هوا به دو روش تابع چگالی احتمال (PDF) و معادلات متوسط گیری شده  رینولدزی (RANS) شبیه سازی شده است. برای مدلسازی اختلاط مولکولی در روش PDF از مدل تصحیح شده  کرل (Curl) استفاده شده است. حل عددی معادله انتقال PDF با استفاده از روش مونت کارلو انجام شده و برای افزایش دقت و کاهش زمان محاسباتی، گام زمانی محلی و متوسط گیری زمان اجرا به کار رفته است. در معادلات RANS، جمله متوسط نرخ واکنش شیمیایی با استفاده از مدل شکست گردابه- نرخ محدود، مدلسازی شده و روش اختلاف محدود بر روی یک شبکه جابه جا شده برای حل عددی این معادلات استفاده شده است. ویژگی ها و تفاوت های دو روش مذکور، از جمله زمان محاسباتی و پیش بینی میدان های متوسط برای شعله های پیش آمیخته، با جزئیات و به طور کمی مقایسه شده اند. ملاحظه شده که میدان های متوسط پیش بینی شده در نواحی نزدیک به شعله دارای اختلاف زیادی هستند، همچنین طول شعله پیش آمیخته پیش بینی شده به روشPDF، نصف طول پیش بینی شده به روش RANS است.

رقیق سازی به  عنوان یکی از روش های کاهش دمای بیشینه محفظه احتراق محسوب می شود که سبب کاهش تشکیل NO گرمایی می شود. روش های کنترل تشکیل NOx همگی بر اساس کنترل دما و یا محدودکردن غلظت اکسیژن استوار است. در تحقیق حاضر، هدف مطالعه  عددی و آزمایشگاهی تاثیر رقیق ساز N2 بر روی تشکیل آلاینده NOx در شعله  پیش آمیخته متان- هوا در محفظه احتراق است. نتایج آزمایشگاهی با ساخت کوره ای با محفظه احتراق استوانه ای که دارای تقارن محوری است به دست آمده اند. آزمایش ها برای نسبت های هم ارزی 0.7 تا 1.3 و نسبت های مختلف رقیق سازی انجام شده است. شبیه سازی احتراق به  وسیله زیربرنامه PREMIX نرم افزار CHEMKIN II و با استفاده از نسبت های مختلف رقیق ساز N2 و در محدوده ای از نسبت های هم ارزی بررسی شده است. نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش نسبت رقیق سازی دمای بیشینه شعله و انتشار آلاینده NOx از محفظه احتراق کاهش می یابند. همچنین نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی حاضر توافق خوبی را نشان می دهند و روند نتایج به دست  آمده با نتایج آزمایشگاهی نیازکوف و همکاران مطابقت دارد.

در تحقیق حاضر، یک برنامه رایانه ای در محیط فرترن برای شبیه سازی دو بعدی احتراق پیش آمیخته هوا- متان در محیط متخلخل نوشته شده است. در کنار این برنامه، از برنامه CHEMKIN II و اطلاعات پایه آن استفاده شده است. معادلات ناویر استوکس، معادلات انرژی فاز جامد و گاز و معادلات انتقال حاکم بر گونه های شیمیایی با استفاده از روش حجم محدود حل شده و برای ارتباط دادن سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل (SIMPLE) استفاده شده است. محفظه احتراق مورد مطالعه، یک محفظه مستطیلی متشکل از دو ناحیه است که ناحیه اول، ناحیه پیش گرمایش و ناحیه دوم، ناحیه احتراق است. مهم ترین کار انجام شده در این مقاله، استفاده از چهار سینتیک شیمیایی چند مرحله ای متفاوت برای شبیه سازی واکنش های شیمیایی و بررسی اثر استفاده از این چهار سازوکار شیمیایی بر پیش بینی توزیع (Profile) دما، جزء جرمی گونه های شیمیایی و انتشار آلودگی هاست. همچنین تاثیر تغییر ضریب هدایت گرمایی مواد متخلخل نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ضریب انتقال گرمای هدایت در پایین دست شعله، دمای گاز و ماده متخلخل در ناحیه احتراق کاهش می یابد و این کاهش دما موجب کاهش انتشار آلاینده ها می شود. همچنین نتایج حاصل از پیش بینی چهار سازوکار شیمیایی احتراق مختلف با یکدیگر مطابقت دارند.

در این پژوهش تغییرات نسبت هم ارزی به طور تجربی بر روی یک موتور اشتعال جرقه ای با سوخت های بنزین و گاز طبیعی که زمان جرقه در موقعیت بیشینه گشتاور ترمزی و دریچه گاز در حالت کاملا باز تنظیم شده مورد آزمایش قرار گرفت. در این مطالعه، از سوخت گاز طبیعی که ارزش گرمایی آن 13.6 درصد پایین تر از ارزش گرمایی بنزین است استفاده شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که تغییرات بیشینه گشتاور ترمزی موتور بر حسب نسبت هم ارزی در وضعیت مصرف بنزین از وضعیت مصرف گاز طبیعی بالاتر است. اختلاف بازده گرمایی ترمزی موتور بین دو وضعیت مصرف گاز و بنزین، در مخلوط رقیق بیشتر از مخلوط غنی است. مصرف سوخت ویژه ترمزی بر خلاف بیشینه گشتاور ترمزی و بازده گرمایی ترمزی، وابستگی بیشتری به ارزش گرمایی سوخت های بنزین و گاز طبیعی دارد. اختلاف بین دمای آب خروجی و ورودی موتور، دمای گاز خروجی، دمای نشیمنگاه سوپاپ خروجی و دمای روغن روانکار با افزایش نسبت هم ارزی ابتدا افزایش و سپس کاهش را نشان می دهند. اگرچه دمای گازهای خروجی موتور در وضعیت مصرف بنزین بالاتر از وضعیت مصرف گاز طبیعی است، اما دمای نشیمنگاه سوپاپ خروجی در وضعیت مصرف بنزین پایین تر از وضعیت مصرف گاز طبیعی است.