بخشی از مقاله
چکیده
محفظه احتراقی که احتراق در آن بوسیله یک مشعل گازی صورت میگیرد، بوسیله تست تجربی و مدلسازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. ازگاز پروپان به عنوان سوخت و از هوا به عنوان اکسید کننده استفاده شده است. با تغییر زاویه ورودی هوا در دبی های مختلف، پارامترهای احتراقی در طول محفظه احتراق اندازهگیری شده اند. مدلسازی عددی بوسیله نرم افزارهای فلوئنت و گمبیت صورت گرفته است. مقایسه نتایج تجربی با یکدیگر و نیز مقایسه حل عددی و تجربی نیز آمده است. توافق نسبی بین نتایج عددی و تجربی صحت مدلسازی را تایید می کند.
-1 مقدمه
علیرغم جستجوی فراوان برای منابع انرژی جدید، احتراق همچنان روش رایج تولید انرژی در صنایعی مثل فرایندهای متالورژی و تولید توان میباشد. از این رو عمده تلاشها بر روی بهینهسازی طراحی تجهیزات احتراقی جدید، شامل نمونههای مختلف مشعلها، متمرکز شده است. باوجود پیشرفتهای زیاد در سطح شبیهسازیهای محاسباتی ، تست مشعل نقش کلیدی در بهبود مشعلها بازی می کند. این مربوط به محدودیتهای مدل های جریان میباشد.
پیش بینیهای معتبر خصوصیات شعله دقیقتر خیلی پیچیده هستند. تست ها برای طراحی مشعلهای جدید مورد نیاز هستند و اهدافشان شامل تعیین رنج کاری، خصوصیت و طول شعله، اندازهگیری سطوح انتشارات، اندازهگیری سطح اختلال و غیره است. دادههای آزمایشی به دست آمده فقط برای سازندههای مشعلها با ارزش نیستند بلکه آنها برای بهبود بیشتر نیز مناسبند . 1 اهداف اصلی در طراحی مشعل، افزایش کارایی احتراق و به حداقل رساندن تولید آلودگی هایی نظیر CO و NOx می باشد. امروزه استفاده از مدلسازی عددی، به منظور در زمان طراحی و سایر هزینه ها، در بررسی عملکرد تولیدات جدید مشعل های صنعتی و همچنین خطرات آزمایشگاهی، به صورت ابزاری ضروری در آمده است.
2 مشعلهای سوخت گازی نوعا به طور عمده در بیشتر کاربردهای مورد نظر استفاده میشوند. به طور عمومی، گاز طبیعی اکثرا به خاطر قیمت کم و در دسترس بودنش به عنوان سوخت گازی به کار میرود . به هر حال دامنه وسیعی از سوختهای گازی به عنوان مثال در صنایع شیمیایی استفاده می شود. این سوختها شامل چندین جز نظیر متان، هیدروژن، پروپان، نیتروژن و دیاکسیدکربن هستند.
سوختهای گازی در زمره آسان ترین سوختها برای کنترل هستند به دلیل اینکه تبخیری نیاز ندارند برخلاف نمونه سوختهای مایع و جامد . 3 یکی از سودهای سوختهای گازی استفاده شده در کاربردهای احتراق صنعتی این است که احتراق خیلی تمیزی دارند و ذرات ریز کمی را تولید میکنند. به هرحال این یک ضرر برای انتقال حرارت از شعلهها است به خاطر اینکه شعلهها اغلب بدون درخشندگی هستند و ممکن است فقط در نوار باریکی از طول موج تابیده شوند . 4
-2 تجهیزات و انجام تست تجربی
تستهای مورد نظر بر روی کوره ای که قابلیت اندازهگیری پارامترها در طول محفظه احتراق را به ما میدهد، انجام شده است. ابتدا تجهیزات مربوط به تست مشعل گازی را بیان می کنیم. شکل1 کوره مورد تست و مشعل گازی نصب شده روی آن و همچنین نقاط مختلف در طول محفظه احتراق را نشان میدهد. طول کوره 3متر و قطر داخلی آن 118 سانتیمتر است. به صورت انعطاف پذیر و سه تکه در نظر گرفته شده است بگونه ای که بتوان در صورت نیاز طول آن را افزایش داد.
جنس بدنه کوره از ورق فولاد نسوز انتخاب گردید. برای تست و بررسی بهتر باید شعله حاصل از احتراق را مشاهده نمود لذا در انتهای کوره یک دریچه یا پنجره به ابعاد 20 cm 15 cm تعبیه گردیده که این دریچه با شیشه نسوز سرامیکی پوشانیده شده است. نتایج حاصل از احتراق بوسیله دودکشی که در انتهای کوره نصب شده به بیرون رانده می شود. روی دودکش سوراخی تعبیه شده که می توان درجه حرارت خروجی و میزان گازهای آلاینده را از طریق آن اندازه گرفت.
بالای دودکش یک هود قرار دارد که یک فن با ظرفیت 1000 cfm مت صل است . این فن حالت مکش اجباری را برای کوره ایجاد می کند. ساختار قسمت درونی کوره از دو لایه 4 سانتیمتری تشکیل شده است که یک لایه آن از عایق نسوز و لایه دیگر آن از مصالح نسوز تشکیل شده است . این مصالح و عایق نسوز تا درجه حرارت 1650 درجه سانتیگراد را تحمل می کند. ضخامت ورق استیل نسوز که قسمت خارجی کوره را پوشانیده است 2 میلیمتر است.
ابتدا تست ها با مشعل گازی انجام شد. پس از بستن مشعل بر روی کوره و و روشن کردن آن دبی سوخت بر روی مقدار 30 L hr تنظیم شد و مدت 30 دقیقه فرصت داده شد تا کوره به حالت نزدیک به پایا برسد. سپس با تنظیم زاویه هوای ورودی بر روی زاوایای 15، 30، 60 و 75 درجه ، توسط دستگاه آنالالیزکننده گاز ، پارامترهای احتراقی در 8 نقطه در طول محفظه احتراق و یک نقطه در دودکش اندازهگیری شدند. فاصله نوک میله نمونهگیری از مرکز کوره 40 سانتیمتر بود.
کوره و مشعل نصب شده روی آن
همین کار برای حالتی که مشعل برروی دبی سوخت 44 L hr تنظیم شده بود در زاویه های هوای ورودی ذکر شده صورت گرفت. اما زمانی که مشعل بر روی دبی سوخت 60 L hr تنظیم شد، زاویه 15 درجه مقدار هوای کمی را فراهم می کرد و باعث خاموش شدن مشعل گردید لذا در این دبی زاویه ورودی هوا بر روی زوایای 30 ،45 ،60 و 75 درجه تنظیم شدند و مقادیر در همان نقاط ذکر شده اندازهگیری شدند.
