بخشی از مقاله
خلاصه
این مطالعه نتایج بدست آمده از کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی به منظور شبیه سازی سه بعدی احتراق درون یک کوره با دو ورودی مماسی را بیان می کند. هدف اصلی این مطالعه بررسی تأثیر تابش، پیش گرم سوخت و پیش گرم هوا روی دمای شعله، میزان تولید آلاینده ها و محصولات احتراق می باشد. نتایج این مطالعه نشان داد که ترکیب مدل توربولانسی k- RNG و مدل اضمحلال گردابه ای - Eddy Dissipation - ، مدل هایی مناسب برای شبیه سازی جریان توربولانس و احتراق می باشند.
نتایج نشان داد که پیش گرم هوا باعث وقوع احتراق زودتر شده است که این امر باعث کاهش چشمگیر مقدار غلظت دی اکسید کربن و کاهش تولید دوده در قسمت خروجی کوره شده است، در مقابل تابش باعث افزایش دمای شعله، تولید ناکس و دوده شده است. همچنین پیش گرم هوا مقدار غلظت ناکس را به شدت افزایش داده است.
.1 مقدمه
احتراق کوره ها یکی از تجهیزاتی هستند که در صنعت نقش عمده ای را ایفا می کنند. تقریبا هیچ صنعتی را نمی توان یافت که در آن از کوره استفاده نشده باشد. در طول سال های اخیر مطالعات مختلفی بر روی مدل سازی احتراق با استفاده تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی صورت گرفته است. گلچرت و همکاران یک بررسی عددی تأثیرسوخت ها با مقادیر متفاوت اکسیژن و نیتروژن در درون سوخت بر روی عملیات کلی یک کوره انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که میزان انتشار آلاینده های NOx با افزایش دما و غلظت نیتروژن سوخت، افزایش می یابد .[1]
بشیر نژاد و همکاران [2] مطالعه آزمایشگاهی ای بر روی تاثیر زاویه پاشش سوخت استیلن بر رفتار شعله انجام داده و دریافتند که با افزایش زاویه پاشش سوخت، دمای شعله و همچنین حداکثر میزان کسرمولی دوده تولیدی توسط شعله افزایش می یابد. یانگ و همکارانش یک مدل سازی عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی برای احتراق سوخت LPG با استفاده از مشعل های احیا کننده برای یک کوره را انجام دادند و نتایج تحقیق آنها بیانگر انتشار کمتر آلاینده ناکس بوده و همچنین گسترش شعله درون کوره توسط مدل سازی آنها پیش بینی گردید .[3]
پژوهش جوادی و مقیمان [4] نشان داد که افزایش دمای گاز طبیعی به عنوان سوخت مشعل، از دمای اتاق تا حدود 747 درجه سلسیوس اثر چندانی بر درخشانی شعله ندارد ولی افزایش دمای این سوخت برای دماهای بیش از 747 درجه سلسیوس، میزان درخشانی و بازده حرارتی مشعل را به شدت افزایش خواهد داد. مدلی توسط کوک و همکاران در سال 1999 به منظور پیش بینی احتراق گازی از پیش مخلوط شده غیر آدیاباتیک تحت شرایط توربین گازی توسعه داده شد .[5] مدل آنها زمانی که با نتایج انتشار NOx و CO مقایسه شدند، تطابق خوبی را نشان دادند.
مکانیزم تشکیل NOx در شعله های توربولانسی توسط یاماشیتا در سال 2000 بررسی شد .[6] در مطالعه خالد و همکاران، تاثیر شدت توربولانس ورودی به شعله درون جریان اکسید کننده، بر روی اکسیدهای نیتروژن و تشکیل ذرات دوده بررسی شده است. نتایج آنها نشان داد که کاهش قابل توجهی از تشکیل دوده با افزایش شدت آشفتگی ورودی جریان هوا همراه بوده است .[7] در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی عددی پارامترهای مختلف از جمله تأثیر تابش، پیش گرم سوخت و پیش گرم هوا روی دمای شعله، میزان تولید آلاینده ها و محصولات احتراق با استفاده نرم افزار فلوئنت انجام شده است.
.2 هندسه و پارامترهای مدل مورد بررسی
کوره مورد بررسی در این مطالعه - شکل - 1 استوانه ای بوده که در آن سوخت از ابتدای کوره و به صورت محوری وارد می شود. دو ورودی هوا در ابتدای کوره و به صورت مماسی هوا را به منظور اختلاط بهتر با سوخت به داخل کوره هدایت می کنند. تیغه میانی کوره نیز به منظور اختلاط بهتر هوا و سوخت، در کوره تعبیه شده است که مشخصات هندسی آن در جدول 1 آمده است.
.3 معادلات حاکم
در این مطالعه جریان به صورت سه بعدی، پایا و توربولانس در نظر گرفته شده است. همچنین در این مطالعه به منظور شبیه سازی احتراق از مدل اضمحلال گردابه ای برای محاسبه تأثیر نرخ واکنش شیمیایی توربولانس استفاده شده است .[8] مکانیزم توسعه یافته زلدوویچ [10]، تشکیل ناکس حرارتی در واکنش ها را توصیف می کند که در این مدل میزان ناکس وابستگی بسیار زیادی به دمای بالای شعله دارد. همچنین در این مطالعه جهت شبیه سازی انتقال حرارت تابشی از مدل تابشی P-1 استفاده شده است که مدل مناسبی جهت شبیه سازی میزان تابش در احتراق است 11] و .[12
.4 شبکه بندی، شرایط مرزی و روش حل عددی
در این مطالعه از شبکه چهار وجهی استفاده شده است.
