بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر بررسی عددی تاثیر میدان مغناطیسی غیر یکنواخت بر شعلهی نفوذی متان انجام شده است. با توجه به تاثیر ناچیز میدان همگن بر احتراق از گرادیان میدان مغناطیسی غیر یکنواخت جهت تاثیر گذاری بر روی شعله استفاده شده است به طوری که عبارت موثر بر روی پارامترهای مختلف احتراق در میدان مغناطیسی می باشد. نتایج در این تحقیق نشان میدهد که میدان مغناطیسی بر افزایش دمای شعله چه بیشینه دما و چه دمای نواحی داخلی شعله موثر بوده است و همچنین در حضور میدان مغناطیسی با گرادیان منفی - کاهنده - و با گرادیان مثبت - افزاینده - طول شعله کاهش یافته است و نیز کاهش آالیندهها از مهمترین دستاورد احتراق سوختی مثل متان در حضور میدان مغناطیسی میباشد.
-1 مقدمه
گرمایش زمین و انتشاااار آالیندهها، کنترل فرآیند احتراق را در جهت کاهش تولید گازهای مخرب و افزایش عملکرد جزء بحرانهای مهم ب شری قرار داده ا ست. گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک با ر شد روزافزون م صرف، بیش از 23.7 در صد تامین انرژی در جهان را به خود اخت صاص داده ا ست.]1[ ا ستفاده از میدان مغناطی سی1 در جهت کنترل میدان جریان و سینتیک احتراق با هدف افزایش بازدهی و کاهش انتشار آالیندهها موضوع شناخته شدهای میباشد ولی در عین حال کمتر مورد توجه قرار گرفته است.]2[
اخیرا در سرتاسر جهان ایده های مختلفی برای پیش رفتن بسوی محیط زیست بهتر بوجود آمده است. از تغییرات کوچک در سبک زندگی روزانه جامعه از قبیل راهگزینی برای مقرون به صرفه بودن چراغهای روشن، سازگاری ترموستاتهای خانگی و غیره گرفته تا بهبود احتراق سوختهای فسیلی که یک پاسخ ممکن برای این انگیزه می تواند استفاده از میدانهای مغناطیسی در فرآیندهای احتراق باشد.[3] مایکل فارادی - سال 1847 میالدی - ]4[، نخستین بار تاثیر میدان مغناطیسی را بر روی شعله مشاهده نمود. وی با نزدیک کردن یک آهنربا به شعله ی شمع، انحراف شعله در جهت دور شدن از آهنربا را مشاهده نمود. این تاثیر را میتوان در شکل 1 مشاهده نمود. فرار شعلهی شمع از آهنربا به دلیل قابلیتهای متفاوت مغناطیسپذیری مواد در میدان مغناطیسی است. بر اساس نحوهی قرارگیری الکترونها، ماده به سه دسته پارامغناطیس، دیامغناطیس و فرومغناطیس دستهبندی میشوند.
مولکول ماده پارامغناطیس در و ضعیت اورتو2 ا ست که عدد کوانتومی فرد یا سطوح انرژی فرد را ا شغال مینماید. این مواد کاتالیست مناسبی برای بسیاری از واکنشها بوده و جهت اسپین در مولکولهای آنها اثرات مشخص بر خواص فیزیکی و رفتار مولکولی ماده دارد.]5[ گشااتاور مادهی پارامغناطیس در راسااتای میدان خارجی، باعث جذب مادهی پارامغناطیس به ساامت میدان قویتر می شود. اک سیژن به عنوان مهمترین گاز پارامغناطیس موجود در هوا، باعث ایجاد خا صیت پارامغناطی سی در هوا است. گازهای حاصل از احتراق شامل مونواکسیدکربن، دیاکسیدکربن، اکسیدهای نیتروژن و بخار آب خاصیت دیامغناطیسی دارند. مواد دیامغناطیس توسط هر دو قطب آهنربا دفع شده و به سمت میدان ضعیفتر حرکت میکنند. مواد فرومغناطیس با ایجاد گشتاور مغناطیسی موازی در اثر بر همکنش تبادلی، باعث القای خاصیت آهنربایی در حضور میدان مغناطیسی میشوند در جدول 1 قابلیت مغناطیس شوندگی چند گونه آورده شده ا ست. در این میان م شاهده میگردد که اک سیژن دارای قابلیت مغناطیس شوندگی باالیی می باشد که به همین واسطه هوا هم دارای قابلیت باالیی از مغناطیس شوندگی میباشد. در بین گونههای تولید شده در احتراق متان، تنها دو د سته دیامغناطیس و پارامغناطیس وجود دارد که نیروی مغناطی سی حجمی وارد شده بر اکسیژن به عنوان ماده پارامغناطیس نسبت به سایر گونهها بسیار بزرگتر است، به نحوی که نقش اساسی در تعیین رفتار هوا در میدان مغناطیسی را دارد.]6[
یواِنو و اِساکی و هاراد - 1985 - در این مطالعات بوسیله مشاهدهی تغییرات دما و سرعت های احتراق کاتالیزور متانول تحت یک میدان مغناطیسی پیشگام بودهاند.[8-7[ آنها مشاهده کردند که دمای احتراق موقعی که میدانهای مغناطیسی از قدرت 0.9 تسال بیشتر شده اند در فرکانس - نوسان - و دامنه نوسان به شدت متنوع هستند. یواِنو و هاراد - 1986 - در آزمایش احتراق الکل در حضور کاتالیست با میدان مغناطیسی به اندازه 0.5 -1.4 تسال و گرادیان 20-200 T/m افزایش دمای 100-200 ℃ را م شاهده نمودند.]9[ در ادامه شعلهی شمعی را در میدان با گرادیان3 افزاینده قرار داده و با اعمال میدان انحراف شاااعله4 از سااامت میدان قوی، به عبارتی فرار آن را از میدان مشااااهده کردند. آنها کنترل اکسیژن و رادیکالها توسط میدان مغناطیسی را مسیری برای روشهای نوین درمان سرطان پیشنهاد دادند. در 1987یواِنو و کوسااوک آزمایشاای با شااعله های نفوذی انجام داده اند.]10[ در این آزمایشااات مشاااهده شااد که غل ت اک سیژن به طور پیو سته در همه جریان های مختلف گاز افزایش یافته ا ست. آنها نتیجه گرفتند که نیروهای مغناطی سی فقط برای جریان های با رینولدز کم حاکم و م سلطند. این مطالعه نتایج را با دیگر پژوه شگران ب سط داده و م شاهده شده ا ست که شعلهها کوتاهتر شدهاند و تحت کاهش قدرت میدان مغناطیسی بیشتر دارای درخشش شده است.
یواِنو - 1989 - دفع و خاموشاای شااعلهی شاامع بعد از اعمال میدان مغناطیساای افزاینده را به صااورت آزمایشااگاهی نشااان داد.]11 [ او از یک آهنربای الکتریکی با قطبهای اسااتوانه ای اسااتفاده کرده و شاامع را در قساامت پایینی قطبها که میدان افزاینده ا ست، قرار داد. بزرگی میدان 1.5 ت سال و گرادیان آن 50-300 ت سال بر متر در را ستای عمود بر محور قطبها بود. با اعمال میدان به شعلهی شمع، شعله در مدت کوتاهی از میدان دفع شده و حتی خاموش شد. او برای این مشاهده از اصطالحات دیوار اکسیژن یا پرده مغناطیسی یا پرده هوایی استفاده کرد. اَاُکی - 1990 - ، آزمایشاتی با شعله نفوذی گاز بوتان را در حضور میدان مغناطیسی یکنواخت انجام و تغییرات بسیار کوچکی در افزایش انتشااار رادیکال های OH، CH و 2، دمای شااعله و کاهش ابعاد شااعله و آزاد سااازی میزان کربن مشاااهده نمود .]12[ او مشاهده این تغییرات بسیار کوچک را به دلیل تاثیر میدان بر جریان جابجایی آزاد در لبههای قطبها دانست. واکایاما - 1992 - ، تاثیر گرادیان میدان مغناطی سی بر احتراق متان در هوا را مورد برر سی قرار داد.]13[ هنگامی که سوخت در م سیر یک میدان مغناطی سی کاهنده جریان مییابد، احتراق تحت تاثیر قرار گرفته و تحریک شده و کاهش ارتفاع شعله و افزایش دمای آن م شاهده میگردد. همچنین در شعلهای که در م سیر یک میدان افزاینده قرار گرفته، کاهش ارتفاع آن در اثر اعمال میدان بدست آمد. واکایاما در این گزارش بیان نمود که توصیف یواِنو فرار از سمت میدان قوی با مشاهده او برای شعله در مسیر میدان کاهنده در تناقض است.
واکایاما - 1993 - ، تحریک مغناطیسی احتراق شعله های نفوذی را مورد آزمایش قرار داد .]14[ او تاثیر میدان مغناطیسی به صااورت کامال مشااخص و قابل توجه بر شااعلههای نفوذی، تاثیر کمتر بر شااعلههای بخشاای پیش آمیخته و عدم تاثیر میدان بر شعلههای پیش آمیخته را نشان داد. در آزمایش او شعله نفوذی در لبه باالیی قطبهای یک میدان قرار گرفت، و کاهش سطح شعله به همراه افزایش دمای آن مشاهده گردید. او برای هر نوع شاعلهای را که در میدان یکنواخت5 قرار داد، هیچ تغییری در شاکل شاعله و دمای آن مشااهده نکرد. او بر اساس نتایج آزمایشگاهی خود بیان نمود که میدان غیر یکنواخت احتراق شعلههای غیر پیش آمیخته و بخشی پیش آمیخته را تحریک نموده و بر شعله های پیش آمیخته هیچ تاثیری ندارد. طبق توصیفی که فاراده از مشاهده خود برای فرار شعله از میدان قوی بیان نمود، شعله بایستی به سمت میدان ضعیف تر منحرف شود یا به عبارتی باید از میدان قوی بگریزد. اما آزمایش واکایاما خالف این موضوع را نشان داد. واکایاما - - 1995، برای تحقیقات در حوزهی تاثیر میدانهای مغناطیسی بر جریان گاز از اصطالح آیرودینامیک مغناطیسی6 ا ستفاده کرد .]15[ تغییرات القا شده در میدان مغناطی سی در سرعت گاز اک سیژن که در میدان، شتاب مثبت یا منفی بگیرد،
