بررسی تجربی احتراق پایدار و پدیده برگشت شعله در یک مشعل متخلخل دولایه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان،

چکیده

:در پژوهش حاضر، عملکرد یک مشعل متخلخل دولایه‌ای، که در لایه اول سرامیک از جنس SiC و لایه دوم گلوله‌های آلومیناسیلیکاتی (Al2SiO5) استفاده شده است، به­صورت تجربی بررسی شده است. یک موضوع بسیار مهم در رابطه با این مشعل‌ها پایداری شعله در سطح بستر متخلخل است. بنابراین، ضروری است که به­منظور جلوگیری از ایجاد برگشت شعله ناگهانی در مشعل متخلخل، شرایطی که منجر به ناپایداری (پدیده برگشت شعله) می‌شود را بررسی کرد. در این تحقیق، اثرات قطر گلوله در پایین‌دست، نسبت هم‌ارزی و نرخ آتش بر دمای شعله، محدوده عملکرد پایدار مشعل، پدیده برگشت شعله و انتشار آلاینده‌ها بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که شعله در محدوده نسبت‌ هم‌ارزی 35/0 تا 45/0 در داخل بستر متخلخل پایدار می‌شود. با کاهش نسبت هم‌ارزی، شعله به­سمت پایین‌دست حرکت می‌کند. همچنین، با افزایش قطر گلوله در پایین‌دست مشعل، دمای بیشینه شعله و دمای سطح مشعل کاهش می‌یابد. با افزایش نسبت هم‌ارزی، مدت زمان برگشت شعله کاهش می‌یابد. همچنین، با افزایش تخلخل در پایین‌دست مشعل مدت زمان برگشت شعله کاهش می‌یابد. میزان هوای اضافی نیز تاثیر قابل توجهی روی میزان CO دارد که میزان CO، با کاهش نسبت هم‌ارزی، کاهش می‌یابد. در تمام اندازه‌گیری‌ها، میزان NOx  به‌خاطر دمای پایین شعله مقدار ناچیزی (کم‌تر از ppm 5) است.

کلیدواژه‌ها


 

  1. J. Howell, M. Hall and J. Ellzey, “Combustion of Hydrocarbon Fuels Within Porous Inert Media,” Progress in Energy and Combustion Science, 22, No. 2, 1996, pp. 121-145.
  2. M. F .Kaviani and M. Fatehi, “Combustion in Porous Media,” Scientia Iranica, 1994, 1, No. 1, pp. 47-83.
  3. M. A. Mujeebu, M. Z. Abdullah, M. Z. A. Bakar, A. A. Mohamad, R. M. N. Muhad and M. K. Abdullah, “Combustion in Porous Media and its Applications–A Comprehensive Survey,” Journal of Environmental Management, 90, No. 8, 2009,  pp. 2287-2312.
  4. M. A. Mujeebu, M. Z. Abdullah, M. Z. A. Bakar, A. A. Mohamad and M. K. Abdullah, “Applications of Porous Media Combustion Technology–A Review,” Applied Energy, 86, No. 9, 2009, pp. 1365-1375.
  5. S. Wood and A. T. Harris, “Porous Burners for Lean-Burn Applications,” Progress in Energy and Combustion Science, 34, No. 5, 2008, pp. 667-684.
  6. G. De Soete, “Stability and Propagation of Combustion Waves in Inert Porous Media,” Symposium (International) on Combustion, 11, No. 1, 1967, pp. 959-966.
  7. P.‌ F. Hsu, W. D. Evans and J. R. Howell, “Experimental and Numerical Study of Premixed Combustion Within Nonhomogeneous Porous Ceramics”, Combustion Science and Technology, 90, No. 1-4, 1993, pp. 149-172.
  8. W. M. Mathis and J. L. Ellzey,“Flame Stabilization, Operating Range, and Emissions for a Methane/Air Porous Burner,” Combustion Science and Technology, 175, No. 5, 2003, pp. 825-839.
  9. K. Qiu and A. Hayden, “Premixed Gas Combustion Stabilized in Fiber Felt and its Application to a Novel Radiant Burner,” Fuel, 85, No. 7, 2006, pp. 1094-1100.
  10. V. Bubnovich, M. Toledo, L. Henríquez, C. Rosas and J. Romero, “Flame Stabilization Between Two Beds of Alumina Balls In A Porous Burner,” Applied Thermal Engineering, 30, No. 2, 2010, pp. 92-95.
  11. A. Bakry, A. Al-Salaymeh, H. Ala’a, A. Abu-Jrai and D. Trimis, “CO and NOx Emissions in Porous Inert Media (PIM) Burner System Operated under Elevated Pressure and Inlet Temperature using a New Flame Stabilization Technique,” Chemical Engineering Journal, 165, No. 2, 2010, pp. 589-596.
  12. F. Bahadori, K. Mirza, A. Behroozsarand and S. Rezvantalab, “Porosity Effects in Flame Length of the Porous Burners,” Iranian Journal of Health, Safety and Environment, 1, No. 4, 2014, pp. 186-190.
  13. F. Bahadori, K. Mirza, A. Behroozsarand and S. Rezvantalab, “Investigation of Porosity Effects in the Emission of Pollutants In Porous Burners,” Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 50, No. 2, 2015, pp. 171-175.
  14. S. A. Hashemi, M. Nikfar and R. Motaghedifard, “Experimental Study of Operating Range and Radiation Efficiency of a Metal Porous Burner,” Thermal Science, 19, No. 1, 2015, pp. 11-20.
  15. C. Keramiotis, B. Stelzner, D. Trimis and M. A. Founti, “Porous Burners for Low Emission Combustion: An Experimental Investigation,” Energy, 45, No. 1, 2012, pp. 213-219.
  16. C. Keramiotis and M. A. Founti, “An Experimental Investigation of Stability and Operation of a Biogas Fueled Porous Burner,” Fuel, 103, 2013, pp. 278-284.
  17. H. B. Gao, Z. G. Qu, Y. L. He and W. Q. Tao, “Experimental Study of Combustion in a Double-Layer Burner Packed with Alumina Pellets of Different Diameters,” Applied Energy, 100, 2012, pp. 295-302.
  18. H. B. Gao, Z. G. Qu, X. B. Feng and W. Q. Tao, “Combustion of Methane/Air Mixtures in a Two-Layer Porous Burner: A Comparison of Alumina Foams, Beads, and Honeycombs,” Experimental Thermal and Fluid Science, 52, 2014, pp. 215-220.
  19. H. B. Gao, Z. G. Qu,  X. B. Feng and W. Q. Tao, “Methane/Air Premixed Combustion in a Two-Layer Porous Burner with Different Foam Materials Fuel,” 115, 2014, pp. 154-161.
  20. M. D. Emami, H. Atoof and M. R. Rezaeibakhsh, “Flash-Back Phenomenon in a Two-Layer Porous Media: An Experimental Study,” Journal of Porous Media, 19, No. 3, 2016, pp. 76-83.
  21. M. Shafiei, M. Farzaneh, R. Ebrahimi and M. Shams, “Experimental Study of Combustion in a Porous Media Burner,” Second Combustion Conference of Iran, Azad Islamic University, Mashhad, Iran, Februsry 2008. (In Persian)