بررسی عددی میدان دمایی و ساختار شعله آرام گاز متان و هیدروژن در جت‌های برخوردی مایل

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

10.22044/jsfm.2020.6977.2607

چکیده

امروزه شعله‌های پیش‌آمیخته دارای کاربردهای فراوان صنعتی می‌باشند؛ که در نتیجه افزایش کیفیت احتراق همراه با کاهش آلودگی این شعله‌ها مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در این مطالعه برخورد دو جت شعله در زوایای متفاوت شبیه‌سازی شده است و ساختار شعله، دمای ماکزیمم شعله و میزان NOx تولیدی در حالت شعله پیش‌آمیخته آرام، برای دو سوخت متان و هیدروژن ارائه شده است. هدف از این شبیه‌سازی، بررسی تأثیر زاویه بین دو مشعل و همچنین تأثیر پیش‌گرم کردن هوا و سوخت بر دمای ماکزیمم شعله و NOx تولیدشده بوده است. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه بین دو مشعل، اختلاط جریان و جریان چرخشی بیش‌تر شده و دمای ماکزیمم شعله و مقدار تولید NOx افزایش می‌یابد. با افزایش زاویه از 0 تا 180 درجه، بیشینه دمای شعله متان و هیدروژن به‌ترتیب 11.5 و 12.4 درصد افزایش پیدا می‌کند. همچنین با 400 کلوین افزایش دمای ورودی سوخت و هوا، مقدار دمای بیشینه شعله برای متان و هیدروژن به‌ترتیب 6 و 4 درصد افزایش می‎‌یابدکه در نتیجه منجر به افزایش قابل‌ملاحظه میزان NOx تولیدی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Lombardi L, Carnevale E, Corti A (2006) Greenhouse effect reduction and energy recovery from waste landfill. Energy 31(15): 3208–3219.

[2] Bâ A, Cessou A, Marcano N, Panier F, Tsiava R, Cassarino G, Ferrand L, Honoré D (2019) Oxyfuel combustion and reactants preheating to enhance turbulent flame stabilization of low calorific blast furnace gas. Fuel 242: 211-221.

[3] Ouyang Z, Liu W, Man C, Zhu J, Liu J (2018) Experimental study on combustion, flame and NOX emission of pulverized coal preheated by a preheating burner. Fuel Process Technol 179: 197-202.

[4] Irandoost MS, Ashjaee M, Askari MH, Ahmadi S (2015) Temperature measurement of axisymmetric partially premixed methane/air flame in a co-annular burner using Mach–Zehnder interferometry. Opt Lasers Eng 74: 94-102.

[5] Dong LL, Cheung CS, Leung CW (2002) Heat transfer from an impinging premixed butane/air slot flame jet. Int J Heat Mass Transfer 45(5): 979-992.

[6] Dong LL, Cheung CS, Leung CW (2001) Heat transfer characteristics of an impinging butane/air flame jet of low Reynolds number. Exp Heat Transfer 14(4): 265-282.

[7] Wu J, Seyed–Yagoobi J, Page RH (2001) Heat transfer and combustion characteristics of an array of radial jet reattachment flames. Combust Flame 125(1-2): 955-964.

[8] Kwok LC, Leung CW, Cheung CS (2005) Heat transfer characteristics of an array of impinging pre-mixed slot flame jets. Int J Heat Mass Transfer 48(9): 1727-1738.

[9] Shih HY, Hsu JR, Lin YH (2014) Computed flammability limits of opposed-jet H2/CO syngas diffusion flames. Int J Hydrogen Energy 39(7): 3459-3468.

[10] Li CC, Chen JW, Yang JT (2012) Stabilization of double flames interacting with the intersecting flow on a V-shaped burner. Combust Sci Technol 184(12): 2117-2135.

[11] Kiani M, Houshfar E, Niaraki Asli AE, Ashjaee M (2017) Combustion of syngas in intersecting burners using the interferometry method. Energy Fuels 31(9): 10121-10132.

[12] جلیلی مهر م، مقیمان م، نیازمند ح (1396) مطالعه اثر پیش گرمایش سوخت گاز طبیعی بر تشکیل دوده، درخشندگی شعله و انتشار NO به روش عددی و آزمایشگاهی. مجله مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 90-79 :(1)7.

[13] Datta A, Saha A. Contributions of self-absorption and soot on radiation heat transfer in a laminar methane—air diffusion flame. Proc Inst Mech Eng A 221(7): 955-970.

[14] DuPont V, Pourkashanian M, Williams A (1993) Modelling process heaters fired by natural gas. J Inst Energy 66: 20-38.

[15] کیانی م، امیری پ، اسماعیل پور ک (1396) بررسی میدان دما و ساختار شعله آرام جت‌های برخوردی مایل گاز لندفیل با استفاده از روش تجربی اینترفرومتری ماخ-زندر. مهندسی مکانیک مدرس 240-233 :(6)7.

[16] De Soete GG (1975) Overall reaction rates of NO and N2 formation from fuel nitrogen. Symp (Int) Combust 15(1): 1093-1102.

[17] Mandal BK, Sarkar A, Datta A (2006) Numerical prediction of the soot and NO formation in a confined laminar diffusion flame without and with air preheat. Proc Inst Mech Eng A 220(5): 473-486.

[18] Lock A, Briones AM, Aggarwal SK, Puri IK, Hegde U (2007) Liftoff and extinction characteristics of fuel-and air-stream-diluted methane–air flames. Combust Flame 149(4): 340-352.

[19] Kiani M, Houshfar E, Ashjaee M (2019) Experimental investigations on the flame structure and temperature field of landfill gas in impinging slot burners. Energy 170: 507-520.

[20] Chen JW, Chiu CP, Mo SH, Yang JT (2015) Combustion characteristics of premixed propane flame with added H2 and CO on a V-shaped impinging burner. Int J Hydrogen Energy 40(2): 1244-1255.

[21] Kiani M, Houshfar E, Ashjaee M (2018) An experimental and numerical study on the combustion and flame characteristics of hydrogen in intersecting slot burners. Int J Hydrogen Energy 43(5): 3034-3049.

[22] Hosseini SE, Bagheri G, Wahid MA (2014) Numerical investigation of biogas flameless combustion. Energy Convers Manage 81: 41-50.

[23] ANSYS Fluent Tutorial Guide (2018) Modeling species transport and gaseous combustion.

[24] Hosseini SE, Wahid MA, Abuelnuor AA (2012) High temperature air combustion: Sustainable technology to low NOx formation. Int Rev Mech Eng 6(5): 947-953.