بررسی تجربی پایداری شعله در محیط متخلخل کاربید سیلیسیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و استادیار گروه مکانیک، دانشگاه کاشان؛

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک، دانشگاه کاشان؛

3 دانشجوی دکتری مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان؛

چکیده

در این پژوهش، اثر نسبت هم‌ارزی، چگالی حفره­ی محیط متخلخل و نرخ آتش بر پایداری شعله­ در محیط متخلخل سرامیکی SiC به طور تجربی بررسی شده است. بر اساس موقعیت قرارگیری شعله، چهار رژیم شعله شامل سطحی، مدفون، زیر سطحی و برخاسته دیده شد. رژیم شعله­ی سطحی به صورت شعله­ی غنی به عنوان یک آستانه­ی پایداری و شعله­ی برخاسته برای مخلوط رقیق به عنوان آستانه­ی دیگر پایداری در محیط متخلخل هستند. تغییر چگالی حفره محیط متخلخل در مقادیر نسبت هم‌ارزی برای آستانه­ی پایداری شعله برخاسته، تغییر چندانی ایجاد نمی‌کند اما برای شعله سطحی، افزایش چگالی حفره باعث کاهش تغییرات نسبت هم ارزی می­شود. همچنین افزایش نرخ آتش، محدوده‌ی پایداری شعله در داخل محیط متخلخل را کاهش می‌دهد. موقعیت شعله با استفاده از توزیع دمای محوری در بدنه مشعل تخمین زده می‌شود. روند تغییر دما برحسب نسبت هم‌ارزی در یک نرخ آتش، به طور تقریب مشابه بوده ولی این روند برای نرخ آتش‌های مختلف متفاوت است. با توجه به نتایج بدست آمده، شعله در دو ناحیه­ی نزدیک سطح فوقانی و در نیمه­ی پایین محیط متخلخل، پایدار می­شود. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Flame Stability in SiC Porous Media

نویسندگان [English]

  • Seyed abdolmahdi Hashemi 1
  • Jafar Amani 2
  • Hosein Atoof 3
چکیده [English]

In this paper, the effect of equivalence ratio, pore diameter and firing rate on flame stability in a SiC porous media has been studied experimentally. Based on the position of the flame, four regimes are observed as follows: Surface flame, submerged flame, under-surface and detached flame. The surface flame regime as a rich flame is one of the stability threshold and the detached flame as a lean flame is the other threshold of the flame stability. Change the pore diameter causes so little change in equivalence ratios corresponding to the detached flame threshold but increasing the pore diameter decreases the equivalence ratio changes for the surface flame. Also increasing the firing rate decreases flame stability range in the porous media. Flame position was estimated using axial temperature distribution in the sidewall of the burner. Temperature profiles versus equivalence ratio in a firing rate are approximately similar but the profiles are different for various firing rates. According to the results, flame is stable in near the upper surface or in the half bottom of the porous media.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous burner
  • SiC porous media
  • Flame stability
  • Flame temperature profile
[1] هولمن، ج.پی؛ ترجمه ملکی، م؛ دیبایینیا، ب؛ روشهای تجربی برای مهندسین، انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی. اصفهان، اصفهان، 1369
[2] هاشمی، س.ع.م؛ شاهرودیان، ح؛ عطوف، ح؛ بررسی تجربی یک نمونه مشعل تابشی از نوع محیط متخلخل فلزی،یازدهمین کنفرانس دینامیک شارهها، دانشگاه خواجه . نصیرالدین، خرداد 1387
[3] معتقدی فر، ر؛ بررسی تجربی مشعل متخلخل از جنس توری فلزی، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه کاشان، دانشکده . مهندسی، 1388
[4] Glassman, Irvin; Combustion, 2nd Edition, Academic Press, Princeton-Newjersey, 114-151, 1987.
[5] Charles E. Baukal, Industrial Burners handbook, CRC Press, section 11-13, 2003.
[6] Kambiz Vafai; Handbook of Porous Media, 2nd Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, US, 2005.
[7] Mößbauer, S., Pickenäcker,O., Pickenäcker K., Trimis, D., “Application of the Porous Burner Technology in Energy-and Heat-engineering”, Clean Air, 3, 185–198, 2002.
[8] Howell, J.R, Hall, M.J, Ellzey, J.L, ”Combustion of Hydrocarbon Fuels within Porous Inert Media”, Prog. Energ. Combust. Sci., 22, 121-145, 1996.
[9] Wood, S., Harris, A.T., “Porous burners for lean-burn applications”, Prog. Energ. Combustion Sci., 34, 667–684, 2008.
[10] Abdul Mujeebu, M., Abdullah, M.Z., Abu Bakar, M.Z., Mohamad, A.A., Muhad, R.M.N., Abdullah, M.K., “Combustion in porous media and its applications – A comprehensive survey”, J. Env. Man., 90, 2287-2312, 2009.
[11] Kotani, Y., Takeno, T., ‘‘An Experimental Study on Stability and Combustion Characteristics of an Excess Enthalpy Flame’’, Proc. Combust. Institute, 19, pp. 1503–1509, 1982.
[12] Sathe, S.B., Kulkarni, M.R., Peck, R.E., Tong, T.W., “An experimental and theoretical study of porous radiant burner performance”, Proc. Combust. Int., 23,1011–1018, 1990.
[13] McIntosh, A. C., Prothero, A., ”A model of large heat transfer surface combustion with radiant heat emission “, Combust. Flame., 83, 111-126, 1991.
[14] Min, D.K., Shin, H.D., “Laminar premixed flame stabilized inside a honeycomb ceramic”, Int. J. Heat Mass Trans., 34, 341–56,1991.
[15] Itaya, Y., Miyoshi, K., Maeda, S., Hasatani, M., “Surface combustion of a premixed methane–air gas on a porous ceramic”, Int. Chem. Eng., 32, 123–131, 1992.
[16] Hanamura, K., Echigo, R., “An analysis of flame stabilization mechanisms in radiation burners”, Wa¨rme Stoffu¨ bertrag, 26, 377–383, 1991.
[17] Hanamura, K., Echigo, R., Zhdanok, SA., “Superadiabatic combustion in a porous medium”, Int. J. Heat Mass Trans., 36, 3201–3209, 1993.
[18] Mital, R., Gore, J.P., Viskanta, R., “A Study of the Structure of Submerged Reaction Zone in Porous Ceramic Radiant Burners”, Combust. Flame, 111, 175-184, 1997.
[19] Brenner, G., Pickenacker, K., Pickenacker, O., Trimis, D., Wawrzinek, K., Weber, T., “Numerical and experimental investigation of matrix-stabilized methane/air combustion in porous inert media”, Combust Flame,123, 201–213, 2000.
[20] Diamantis, D.J., Mastorakos, E., Goussis, A., “Simulation of premixed combustion in porous media”, Combust Theor Model, 6, 383–411, 2002.
[21] Mathis Jr W.M., Ellzey J.L., “Flame stabilization, Operating Range and Emissions for a Methane/Air Porous Burner”, Combust. Sci. And Tech., 175, 825-839, 2003.
[22] Trimis, D., Wawrzinek, K., “Flame stabilization of highly diffusive gas mixtures in porous inert media”, J. Comput. Appl. Mech., 5, 367–381, 2004.
[23] Vogel, BJ., Ellzey, JL., “Subadiabatic and superadiabatic performance of a two section porous burner”, Combust Sci Technol, 177, 1323–38, 2005.
[24] Qiu, K., Hayden, ACS., “Premixed gas combustion stabilized in fibre felt and its application to a novel radiant burner”, Fuel, 85, 1094–1100, 2006.