بررسی تجربی اثر ضخامت و تخلخل بر عملکرد مشعل تابشی متخلخل فلزی

هاشمی, سید عبدالمهدی; عطوف, حسین

بررسی تجربی اثر ضخامت و تخلخل بر عملکرد مشعل تابشی متخلخل فلزی

نویسندگان

سید عبدالمهدی هاشمی

حسین عطوف

دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک,دانشگاه کاشان،کاشان،ایران

چکیده

در مقاله حاضر یک مشعل متخلخل تابشی از نوع فلزی مورد تحلیل تجربی قرار گرفته است. دو تخلخل متفاوت به طور تک تک و ترکیبی مورد آزمون قرار گرفته‌اند. دمای سطح و بازده تابشی مشعل به عنوان معیار ارزیابی عملکرد مشعل بررسی شده اند.آزمون‌ها نشان می دهند که با افزایش نرخ آتش دمای سطح مشعل افزایش می‌یابد. این افزایش دما در نرخ آتش‌های کم سریع و با افزایش نرخ آتش کند می‌شود. در محیط‌های با تخلخل یکنواخت (غیر ترکیبی) با افزایش ضخامت محیط، دمای سطح و بازده تابشی مشعل کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش تخلخل دمای سطح و بازده تابشی کاهش می‌یابد. بازده تابشی در این موارد با افزایش نرخ آتش ابتدا افزایش یافته و سپس تقریباً ثابت باقی می ماند. در محیط ترکیبی (با دو نوع تخلخل) دمای سطح در یک ضخامت معین بیشترین مقدار را دارد و بازده تابشی با افزایش نرخ آتش ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش می‌یابد.

تازه های تحقیق

در این مقاله اثر ضخامت و تخلخل بر روی یک مشعل متخلخل فلزی به طور تجربی مطالعه شد. نتایج به دست آمده از آزمایشها به طور خلاصه عباتاند از:

1- افزایش نرخ آتش (دبی سوخت) موجب افزایش دمای سطح می‌شود. این افزایش دما در نرخ آتش‌های کم سریع و با افزایش نرخ آتش کند می‌شود.

2- در محدوده ضخامتی محیط متخلخل که در این تحقیق مطالعه شد کاهش ضخامت محیط موجب افزایش دمای سطح می‌شود.

3- دمای سطح به دست آمده از محیط با تخلخل کمتر بیش از دمای سطح به دست آمده از محیط با تخلخل بیشتر در همان شرایط است.

4- در محیطهای ترکیبی که از دو محیط با تخلخل متفاوت استفاده شده است در یک ضخامت مشخص دمای سطح بیشینه خواهد بود.

5- در محیطهای متخلخل ساده (غیر ترکیبی) بازده تابشی در نرخ آتش‌های کم افزایش یافته و با افزایش نرخ آتش تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند.

6- در محدوده ضخامتی مورد مطالعه با افزایش ضخامت، بازده تابشی مشعل کاهش می‌یابد.

7- بازده تابشی مشعل با تخلخل کمتر بیش از بازده محیط با تخلخل بیشتر است.

8- در این مجموعه آزمایشی، نصف شدن ضخامت و نصف شدن تخلخل اثر تقریباً یکسانی بر بازده تابشی دارد.

9- بازده تابشی در محیط ترکیبی رابطه مستقیم با ضخامت محیط ندارد و بیشترین بازده در یک ضخامت معین به دست می‌آید.

10- نتایج به دست آمده به لحاظ رفتاری با نتایج دیگر مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

محیط متخلخل فلزی

احتراق

مشعل تابشی تخت

دمای سطح

بازده تابشی

عنوان مقاله English

An Experimental Study of the Effect of Thickness and Porosity on the Performance of a Porous Metal Radiation Burner

نویسندگان English

Seyed abdolmahdi Hashemi and

Hossein Atoof

Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran

چکیده English

In this paper, a metal porous radiant burner is studied experimentally. Two porosities are tested both individually and in combination. Surface temperature and radiation efficiency of the burner are considered as assessment criteria. The experiments show that the surface temperature rises with an increasing firing rate. This increase in temperature is fast in low firing rates, and slow in high firing rates. In a uniform porous media (non-combined), with a rise in the thickness of the media, the surface temperature and radiation efficiency both decrease. However, with an increase in porosity, the surface temperature as well as radiation efficiency decreases. In such cases, radiation efficiency initially increases, and then remains almost constant. In a combined (two porosity) medium, the surface temperature is maximum for a specific thickness, and although radiation efficiency initially increases for a rising firing rate, it then decreases again.

کلیدواژه‌ها English

Metal porous burner

Combustion

Flat radiant burner

Surface Temperature

Radiation

1. Weinberg, F. J., “Combustion Temperatures: the Future,” Nature, 233, pp. 239-241, 1971.

2. Takeno, T., and Sato, K., “A Theoretical and Experimental Study on an Excess Enthalpy Flame, Combustion in Reactive Systems,” In Proceedings of the Seventh International Colloquium on Gas Dynamics, Honolulu (Ed. J. P. Boris), 76, pp. 596-610, 1981.

3. J. Howell, M. Hall, and L. Ellzey, “Combustion of Hydrocarbon Fuel within Porous Inert Media,” Prog. Energy Combustion Sci., 22, pp. 121-145, 1996

4. S. Mößbauer, O. Pickenacker, K. Pickenacker and D. Trimis, “Application of the Porous Burner Technology in Energy and Heat Engineering,” Fifth International Conference on Technologies and Combustion for a Clean Environment (Clean Air V), Lisbon (Portugal), Volume I, pp. 519-523, July 1999.

5. Babkin, S. V., Korzhavin, A. A., and Bunev, A. V., “Propagation of Premixed Gaseous Explosion Flames in Porous Media,” Combustion and Flame, 87, pp. 182-190, 1991.

6. Farid, C. C. and Lakshmanan V. K., “An Experimental and Numerical Study of Infrared (IR) Emission from a Porous Radiant Burner,” Published by DSTO Aeronautical and Maritime Research Laboratory, Australia, 2001.

7. Leonardi, A. S., Viskanta, R., and Gore, P. J., “Radiation and Thermal Performance Measurements of a Metal Fiber Burner.” Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 73, pp. 491-501, 2002.

8. Mital, R., Gore, J. P., and Viskanta, R., “A Study of the Structure of Submerged Reaction Zone in Porous Ceramic Radiant Burners,” Combust. Flame, 111, pp. 175-184, 1997.

9. G. Brenner, K. Pickenacker, O. Pickenacker, D. Trimis, K. Wawrzinek, and T. Weber, Combust. Flame, 123, 2000, 201-213.

10. Barra, A. J., and Ellzey, J. L., “Heat Recirculation and Heat Transfer in Porous Burners,” Combust. Flame, 137, pp. 230-241, 2004.

11. B. J. Vogel, and J. L. Ellzey, “Subadiabatic and Superadiabatic Performance of a Two-Section Porous Burner,” Combust. Sci. and Tech., 177, pp. 1323-1338, 2005.

12. K. Qiu, A. C. S. Hayden, “Premixed Gas Combustion Stabilized in Fiber Felt and its Application to a Novel Radiant Burner” Fuel, 85, pp. 1094-1100, 2006.

13. Howell, J. R., Communication via email, jhowell@mail.utexas.edu.

14. Modest, M. F., Radiative Heat Transfer, Second Edition, McGraw-Hill, 2003