اندازه‌گیری نورتابی شیمیایی رادیکال متیلیدین برانگیخته در شعله‌های حاوی دوده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشگاه صنعتی شریف مهندسی هوافضا

3 صنعتی شریف مهندسی هوافضا

چکیده

در این پژوهش با استفاده از یک روش تجربی غیرتداخلی، نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته CH* در شعله نفوذی در رژیم‌ جریان آرام اندازه‌گیری شده است. در این روش از یک دوربین معمولی و فیلترهای نوری میان‌گذر استفاده شده است. نورتابی شیمیایی این گونه در محدوده 430 نانومتر ساطع می‌شود، اما در صورت وجود دوده در شعله، تشعشع حرارتی دوده در محدوده نور مرئی در بازه نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته نیز تابش قابل ملاحظه‌ای دارد. در این پژوهش با استفاده از دو فیلتر نوری دیگر با طول موج‌های مرکزی 420 و 440 نانومتر، تخمینی از تشعشع حرارتی دوده در محدوده 430 نانومتر بدست می‌آید. با استفاده از این تخمین اثر تعشع دوده بر نورتابی شیمیایی گونه متیلیدین برانگیخته حذف می‌شود. مقایسه نتایج این پژوهش با شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که در شرایطی که مقدار کمی دوده تشکیل شده است، این روش با دقت خوبی می‌تواند اثرات تشعشع دوده را حذف کند. اما با افزایش غلظت دوده و در نتیجه افزایش شدت تشعشع آن، خطای روش افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

CH* Chemiluminescence Measurement in sooting Flames

نویسندگان [English]

  • Kamyab Karbasi Shargh 1
  • Amir Mardani 3
1 Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2
3 Department of Aerospace Engineering, Sharif University
چکیده [English]

In this work, a non-intrusive method is developed to measure the CH* chemiluminescence in a laminar non-premixed flame. In this method, a digital camera and optical band-pass filters are used. CH* chemiluminescence happens in a sharp band around 430 nm, but in the case of a soot formation in the flame, the resulting thermal radiation partly happens in the CH* chemiluminescence band. In this work, two other band-pass filters with central frequencies of 420 and 440 nm are used to estimate the thermal radiation of soot particles near 430 nm. Using this approximation, the effect of the thermal radiation of soot particles on CH* chemiluminescence is removed. Comparing the experimental results in this work with the numerical simulations show that the proposed method can effectively remove the soot thermal radiation when the soot concentration is low. However, as the soot concentration increases, resulting in enhanced thermal radiation, the accuracy of the method decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CH* chemiluminescence
  • diffusion flame
  • soot

مراجع

  1. Hossain and Y. Nakamura., “A numerical study on the ability to predict the heat release rate using CH* chemiluminescence in non-sooting counterflow diffusion flames,” Combustion and Flame, Vol. 161, pp. 162–172, 2014.
  2. N. Nori and J. M. Scitzman, “CH* chemiluminescence modeling for combustion diagnostics,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 32, pp. 895–903, 2009.
  3. Zhang, Q. Guo, Q. Liang, Z. Dai and G. Yu, “Distribution Characteristics of OH*, CH*, and C2* Luminescence in CH4/O2 Co-flow Diffusion Flames,” Energy and Fuels, Vol. 26, pp. 5503-5508, 2012.
  4. K. Jeong, C. H. Jeon and Y. J. Chang, “Evaluation of the equivalence ratio of the reacting mixture using intensity ratio of chemiluminescence in laminar partially premixed CH4-air flames,” Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 30, pp. 663–673, 2006.
  5. Yang, Y. Gong, Q. Guo, H. Zhu, F. Wang and G. Yu, “Experimental studies of the effects of global equivalence ratio and CO2 dilution level on the OH* and CH* chemiluminescence in CH4/O2 diffusion flames,” Fuel, Vol. 278, 2020.
  6. Taamallah, Z. A. LaBry, S. J. Shanbhogue, and A. F. Ghoniem. “Thermo-acoustic instabilities in lean premixed swirl-stabilized combustion and their link to acoustically coupled and decoupled flame macrostructures,” Proceedings of the combustion institute, Vol. 35, pp. 3273-3282, 2015.
  7. Giassi, S. Cao, B. Anne, V. Bennett, D. P. Stocker, F. Takahashi and M.B. Long, “Analysis of CH* concentration and flame heat release rate in laminar coflow diffusion flames under microgravity and normal gravity,” Combustion and Flame, Vol. 167, pp. 198-206, 2016.
  8. Pei, E. R. Hawkes, S. Kook, G. M. Goldin and T. Lu, “Modelling n-dodecane spray and combustion with the transported probability density function method,” Combustion and Flame, Vol. 162, pp. 2006-2019, 2015.
  9. Sidey and E. Mastorakos, “Visualization of MILD combustion from jets in cross-flow,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 35, pp. 3537-3545, 2015.
  10. Soltanian, and M. Zabetian Toroghi and H. Pasdarshahri, “Experimental study of combustion species radiation to evaluate equivalence ratio in a surface flame burner,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, Vol. 53, pp. 41-52, 2021. (In Persian)
  11. Hardalupas, A. Selbach and J. H. Whitelaw, “Aspects of oscillating flames,”. Journal of Visualization, Vol. 1, pp. 79–85, 1998.
  12. Karnani and D. Dunn-rankin, “Visualizing CH* chemiluminescence in sooting flames,” Combustion and Flame, Vol. 160, pp. 2275–2278, 2013.
  13. Zhang, Y. Gong, Q. Guo, X. Song and G. Yu, “Experimental Study on CH* Chemiluminescence Characteristics of Impinging Flames in an Opposed Multi-Burner Gasifier,” AIChE Journal, Vol. 63, pp. 2007-2018, 2017.
  14. Liu, J. Tan, M. Wan, L. Zhang and X. Yao, “Quantitative Measurement of OH* and CH* Chemiluminescence in Jet Diffusion Flames,” ACS Omega, Vol. 5, pp. 15922–15930, 2020.
  15. https://www.dpreview.com/forums/thread/4202900
  16. Hassanpour, Design and development of a turbulent jet burner with variable premixing percentage, MSc Thesis, Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran, 2022. (In Persian)
  17. K. Metcalfe, S. M. Burke, S. S. Ahmed and H. J. Curran. “A Hierarchical and Comparative Kinetic Modeling Study of C1-C2 Hydrocarbon and Oxygenated Fuels.” International Journal of Chemical Kinetics, Vol. 45, pp. 638-675, 2013.
  18. K. Law, D. L. Zhu and G. Yu, “Propagation and extinction of stretched premixed flames.” 21st Symposium (International) on Combustion, Technical University of Munich, West Germany, 1988.
  19. Devriend, H. Van Look, B. Ceursters and J. Peeters, “Kinetics of formation of chemiluminescent CH(A2Δ) by the elementary reactions of C2H(X2Σ+) with O(3P) and O2(X3Σg−): A pulse laser photolysis study,” Chemical Physics Letters, Vol. 261, pp. 450–456, 1996.
  20. M. Hwang, W. C. Gardiner, M. Frenklach and Y. Hidaka, “Induction zone exothermicity of acetylene ignition,” Combustion and Flame, Vol. 67, pp. 65–75, 1987.
  21. J. Brookes and J. B. Moss, “Predictions of Soot and Thermal Radiation Properties in Confined Turbulent Jet Diffusion Flames.” Combustion and Flame, Vol. 116, pp. 486–503, 1999.
  22. Ma, J. Z. Wen, M. F. Lightstone and M. J. Thompson, “Optimization of Soot Modeling in Turbulent Nonpremixed Ethylene/Air Jet Flames,” Combustion Science and Technology, Vol. 177, pp.1567–1602, 2005.
  23. Zhang and D. H. Brainard, “Estimation of saturated pixel values in digital color imaging,” Journal of the Optical Society of America, Vol. 21, pp.2301-10, 2004.
  24. B. Kuhn, B. Ma, B.C. Connelly, M.D. Smooke and M.B. Long, “Soot and thin-filament pyrometry using a color digital camera,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 33, pp. 743-750, 2011.

 

 

 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 04 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری: 04 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش: 21 شهریور 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار