بررسی آزمایشگاهی احتراق کم پیچش پیش آمیخته و اثر تغییر پارامترهای هندسی بر عملکرد آن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه خیام، مشهد، ایران (رئیس پژوهش وفناوری، شرکت گاز استان خراسان رضوی)

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

احتراق کم پیچش روشی کم هزینه و موثر را برای ایجاد پایداری در شعله های پیش آمیخته رقیق ارائه مید هد. پیش از این مطالعات متعددی در خصوص نحوه کارکرد مشعل های کم پیچش در شرایط مختلف فشار، سرعت مخلوط، نسبت هم ارزی و مشخصات هندسی متفاوت صورت گرفته و عدد پیچش به عنوان اصلی ترین پارامتر اثرگذار بر عملکرد این مشعل ها به صورت تابعی از ابعاد هندسی مشعل معرفی شده است. فاصله پیچنده از سر مشعل (فاصله درنگ) یکی دیگر از پارامترهای اصلی در طراحی مشعل های کم پیچش است که به طور مستقیم در کاهش نرخ پیچش اثرگذار بوده و تاثیر آن بر عملکرد مشعل و عدد پیچش در مطالعات گذشته مورد توجه قرار نگرفته است. در این تحقیق با برپایی یک بستر آزمون اثر تغییر فاصله پیچنده از سرمشعل در نسبت های هم ارزی مختلف بر توزیع دما و رژیم شعله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش فاصله درنگ موجب افزایش میزان برخاستگی شعله و افزایش بازه عملکرد پایدار آن می گردد. همچنین نتایج نشان می دهد شکل خاص شعله برخاسته حاصل از احتراق کم پیچش که کاسه ای و واگراست، موجب توزیع یکنواخت دما در داخل محفظه احتراق شده و همزمان موجب کاهش تولید آلاینده NOx می گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Warnatz J, Mass U, and Dibble RW (1999) Combustion, physical and chemical fundamentals, modeling and simulation, experiments, pollutant formation. 2ed edn. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York.

[2] Bluestein J (1992) NOx controls for gas fired industrial boilers and combustion equipment: a survey of current practices. Technical Report GRI-92/0374, Gas Research Institute.

[3] Rokke NA (2015) Experimental and theoretical studies of environmental aspects of natural gas combustion. PhD thesis, Norwegian Institue of Technolgy, Trondheim, ISBN: 82-7119-702-9.

[4] Wunning JA, Wunning JG, (1997) Flameless oxidation to reduce thermal NO formation. Progress in Energy Combustion Science 23: 81–94.

[5] Cheng RK, Yegian DT, Miyasato MM, Samuelen GS, Benson CE, Pellizzari R, Loftus P (2000) Scaling and development of low swirl burners for low emission furnaces and boilers. P Combust Inst 28: 1305–1313.

[6] Syred N, Beer JM (1974) Combustion in swirling flows: a review. Combust Flame 23:143–201.

[7] Yegian DT, Cheng RK (1998) Development of a lean premixed low-swirl burner for low NOx practical applications. Combust Sci Technol 139: 207-227.

[8] Johnson MR, Littlejohn D, Nazeer WA, Smith KO, Cheng RK (2005) A comparison of the flowfields and emissions of High-Swirl Injectors and Low-Swirl Injectors for lean premixed gas turbines. P Combust Inst 30: 2867–2874.

[9] Cheng RK, Littlejohn D, Noble D, Lieuwen T, (2010) Laboratory Investigations of Low-Swirl Injectors Operating with Syngases. J Eng Gas Turb Power 132(1): 011502—011508.

[10] Cheng RK (1999) Lean premixed combustion stabilized by low swirl, A promising concept  for practical applications. Combust Flame 101: 1-18.

[11] Cheng RK (1995) Velocity and scalar characteristics of premixed turbulent flames stabilized by weak swirl. Combust Flame 101:1-14.

[12] Cheng RK, Littlejohn D (2008) Effects of combustor geometry on the flowfields and flame properties of a low-awirl injector. Proceedings of Gas Turbine, ASME Turbo Expo, Berlin, Germany.

[13] Cheng RK, Littlejohn D, Nazeer WA, Smith KO (2006) Laboratory studies of the flow field characteristics of low swirl injectors for adaptation to fuel flexible turbines. Proceedings of Gas Turbine, ASME Turbo Expo, Barcelona, Spain.

[14] Sequera D, Agrawal A (2007) Emissions and acoustics measurements in a Low-Swirl Burner. 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada.

[15] Legrand M, Nogueira J, Lecuona A, Nauri S, Rodriguez P (2010) Atmospheric Low Swirl Burner Flow Characterization with Stereo PIV.  Exp Fluids 48: 901-913. 

[16] Emadi M, Karkow D, Salameh T, Gohil A, Ratner A (2012) Flame structure changes resulting from hydrogen-enrichment and pressurization for low-swirl premixed methane air flames. Int J Hydrogen Energ 37: 10397-10404.

[17] Beerer D,  McDonell V, Therkelsen P, Cheng RK, (2013) Flashback and turbulent flame speed measurements in a Hydrogen and Methane fired Low-Swirl Injector at elevated pressures and temperatures. 8thU.S. National Combustion Meeting, hosted by the Univ of Utah, May 19-22.

[18] Ballachey GE, Johnson MR (2013) Prediction of blowoff in a fully controllable low-swirl burner burning alternative fuels: Effects of burner geometry, swirl, and fuel composition. P Combust Inst 34: 3193–3201.

[19] Cheng RK (2004) Low-swirl flame stabilization method for lean premixed turbulent flames and its adaptation to heating and power equipment. Presentation at ABMA Mid-Winter Conference.