سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

مطالعه تجربی شعله نفوذی پروپان/ اکسیژن و گاز طبیعی/ اکسیژن در شرایط رقیق­ سازی و پیش ­گرم

نویسندگان
بابک کشیر
صادق تابع جماعت
امیر مردانی
دانشکده مهندسی هوافضا داشگاه صنعتی امیرکبیر تهران ایران
چکیده
در پژوهش حاضر به مطالعه­ شعله نفوذی پروپان و گاز طبیعی به همراه اکسیژن در محدوده­ جریان آرام و در دو مرحله پرداخته شده است. در مرحله اول اثر رقیق­ سازی اکسیدکننده اکسیژن با گازهای نیتروژن و دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار گرفته است. در این قسمت پایداری و تغییر شکل شعله در برابر فرایند رقیق­ سازی محور مطالعه قرار گرفته است. در مرحله دوم پیش­گرم اکسیژن تا K 480 و رقیق­سازی همزمان آن با گازهای نیتروژن یا دی اکسیدکربن مورد پژوهش قرار گرفته و نتایج با حالت بدون پیش­گرم مقایسه شده است. پیش­گرم سبب پایداری بیشتر شعله در برابر فرایند رقیق­ سازی می ­شود و به علت بالا رفتن دمای محصولات احتراق در پیش ­گرم، این شعله ­ها نسبت به حالت بدون پیش­گرم درخشندگی بیشتری دارند.

تازه های تحقیق

در این تحقیق به مطالعه آثار رقیق­سازی و نیز پیش­گرم همراه با رقیق­سازی اکسیدکننده اکسیژن با گازهای نیتروژن و       دی اکسیدکربن، بر سوخت­های پروپان و گاز طبیعی پرداخته شده و نتایج زیر به دست آمده است.

1- رقیق­سازی اکسیدکننده اکسیژن با N2 و CO2 در نهایت سبب برخاستگی و فرار شعله می­شود. البته در رقیق­سازی اکسیژن با CO2 این برخاستگی در درصدهای کمتر رقیق­سازی صورت می­گیرد

2- در رقیق­سازی با سوخت پروپان برخاستگی و فرار شعله در درصدهای مولی بیشتری از CO2 و N2 نسبت به رقیق­سازی با سوخت گاز طبیعی اتفاق می­افتد.

3- با افزایش درصد رقیق­سازی، شیب افزایش طول برای شعله­های پروپان بسیار بزرگ­تر از شعله­های گاز طبیعی است.

4- پیش­گرم سبب کاهش طول ناحیه مرئی می­شود.

5- پیش­گرم اکسیدکننده سبب پایداری بیشتر نسبت به فرایند رقیق­سازی می­شود و فرار در درصدهای بالاتری از رقیق­سازی صورت می­پذیرد.

6- طول شعله پروپان در شرایط سرعت سوخت و اکسیدکننده برابر و درصد رقیق­سازی یکسان، بسیار بزرگ­تر از طول شعله گاز طبیعی است.

7- به علت بالاتر رفتن دمای محصولات احتراق در پیش­گرم اکسیدکننده، این شعله­ها نسبت به حالت بدون پیش­گرم درخشندگی بیشتری دارند.

8- پیش­گرم اکسیدکننده میزان برخاستگی را به شدت کاهش می­دهد ولی وقوع آن را عقب می­اندازد؛ یعنی برخاستگی در درصد بالاتری از رقیق­سازی صورت می­پذیرد.

 

کلیدواژه‌ها
شبیه­ سازی اسپری سرد
سوخت دیزل
مخلوط دیزلایزوپروپیل الکل
شکست ­قطرات

عنوان مقاله English

An Experimental Study of Propane/Oxygen and City Gas/Oxygen Laminar Diffusion Flames in Ddiluted and Preheating Cconditions

نویسندگان English

Babak Kashir
Sadegh Tabejamaat
Amir Mardani
Faculty of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In the present study, propane/ oxygen and city gas/ oxygen diffusion flames within a laminar regime have been investigated in two parts. First, the effect of oxygen dilution with nitrogen and carbon dioxide gases has been investigated. In this section, stability and flame structure variations against the dilution process are studied. In the second part, oxidant stream preheating up to 480 K, and contemporaneous diluting with nitrogen or carbon dioxide are investigated and the results are compared against non-preheating tests. Preheating causes more flame stability in comparison to the dilution process. Because of the temperature rise in the combustion of such products during preheating, these flames are more luminous in comparison with normal temperature flames.

1-     Burke, S. P., and Schumann, T. E. W., “Diffusion Flames” Industrial and Engineering Chemical Research, Vol. 20, No. 10, p. 998, 1928.
2-     Glassman, I., Combustion, Academic Press, 1997.
3-     Ruan, J., Kobayashi, H., Niioka, T., and  Abuliti, A., “Effects of Diluents on Structure and Stability of Axisymmetric Lifted Laminar Diffusion Flames,”The Third Asian-Pacific Combustion Conference, June 2001.
4-     Juddoo, M., Masri, A. R., and Bilger, R. W., “The Effects of Oxygen Enrichment on the Structure of Laminar Diffusion Flames of Methane,” 6th Asia-Pacific Conference on Combustion, May 2007.
5-     Ghosal, S., and Vervisch, L., “Stability Diagram for Lift-Off and Blowout of a Round Jet Laminar Diffusion Flame,” Combustion and Flame, Vol. 123, pp. 646-655, 2001.
6-     Beltrame, A., Porshnev, P., Merchan, A., Saveliev, A., Fridman, A., and Kennedy, L. A., “Soot Formation and NO Formation in Methane-Oxygen Enriched Diffusion Flames,” Combustion and Flame, Vol. 124, pp. 295-310, 2001.
7-     Walsh, K. T., Long, M. B., and Smooke, M. D., “The Effects of Buoyancy and Dilution on the Structure and Lift-Off of Co-Flow Laminar Diffusion Flames,” Yale University, Depatment of Mechanical Engineering, 2000.
8-     Mcenally, C. S., Pfefferle, L. D., Schaffer, A. M., Long, M. B., Mohammed, R. K., and Smooke, M. D., “Characterization of a Coflowing Methane/Air Non-Premixed Flame with Computer Modelling, Rayleigh-Raman Imaging, and On-Line Mass Spectrometry,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28, pp. 2063-2070, 2000.
9-     Usowicz, J. E., “An Experimental Study of Flame Lengths and Emissions of Fully-Modulated Diffusion Flames,” Msc Thesis in Mechanical Engineering, Worcester Polytechnic Institue, 2001.
10-  Sullivan, N., Jensen, A., Glarborg, P., and Pope, C. J., “Ammonia Conversion and NOx Formation in Laminar Coflowing Nonpremixed Methane- Air Flames,” Combustion and Flame, Vol. 131, pp. 285-295, 2002.
11-  Bowman, walters, K., and Bardos, Adela., “Controlled Combustion-an Approach for Reducing Irreversibilities in Energy Conversion,” GCEP Technical Report 2005, http://gcep.stanford.edu.
12-  Ghaderi yeganeh, M., “Effects of Preheated Combustion Air on Laminar Coflow Diffusion Flames under Normal and Microgravity Conditions,” Phd Thesis in Mechanical Engineering, Maryland University, 2005.
13-  Gupta, A., “Flame Characteristics and Challenges with High Temperature Air Combustion,” Proceedings of 2000 International Joint Power Generation Conference, July 2000.
14-  Christo, F. C., and Dally, B. B., “Modelling Turbulent Reacting Jets Issuing Into a Hot and Diluted Coflow,” Combustion and Flame, Vol. 142, pp. 117-129, 2005.
15-  Medwell, P. R., Kalt, A. M., and Dally, B. B., “Simultaneous Imaging of OH, Formaldehyde, and Temperature of Turbulent Nonpremixed Jet Flames in a Heated and Diluted Coflow,” Combustion and Flame, Vol. 148, pp. 48-61, 2006.
16-  Mishra, D. P., and Kumar, P., “Experimental Investigation of Laminar LPG- H2 Jet Diffusion Flame with Preheated Reactants,” Fuel, Vol. 78, pp. 3091-3095, 2008.
17-  Moore, J. D., Risha, G. A., and Kuo, K. K., “Effect of Initial Gaseus Reactant Temperature on Fuel-Rich Coaxial Diffusion Flame Stability, Eastern States Section of the Combustion Institute, October 2003.
18-  Kuo, K. K., Principles of Combustion, John Wiley & Sons, 1986.