مطالعه تجربی اثر به‌کارگیری مشعل‌های متخلخل در بهبود عملکرد یک آبگرمکن مخزنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کاشان-کیلومتر 6 بلوار قطب راوندی-دانشگاه کاشان-دانشکده مهندسی- گروه مهندسی مکانیک

2 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر، اثرهای به­کارگیری مشعل­های متخلخل نسبت به مشعل معمولی بر عملکرد مبدل حرارتی گرمکن آب به صورت تجربی بررسی شده است. مشعل مورد استفاده در این آزمایش­ها از نوع پیش آمیخته جزئی با سوخت گاز طبیعی است. این آزمایش برای 4 نوع مختلف از محیط­های متخلخل و یک مشعل معمولی انجام شده است. نتایج مربوط به دمای بیشینه آب آبگرمکن، دمای دودکش، دمای شعله، میزان آلاینده­ها و راندمان احتراقی هریک از مشعل­ها در دبی­های متفاوت سوخت گزارش شده است. با توجه به آزمایش­های انجام شده، مشاهده می­شود که استفاده از مشعل با جامد فلزی متخلخل 10 سانتی­متری باعث کاهش زمان رسیدن آب از دمای 30 به دمای 60 درجه سلسیوس شده است. همچنین نشان داده شده است که مشعل معمولی دارای کمترین دمای شعله و بیشترین دمای دودکش است. از طرفی، مشعل با جامدهای متخلخل 5 و 10 سانتیمتری به ترتیب دارای بیشترین دمای شعله و کمترین دمای دودکش می­باشند. همچنین مالحظه شد که مشعل با جامد متخلخل 5 سانتیمتری بیشترین مقدار دی­اکسید کربن و مشعل عادی کمترین مقدار آن را تولید می­کند. راندمان احتراق مشعل آبگرمکن نیز در صورت استفاده از مشعل با جامد متخلخل 10 سانتی­متری، حدود 15درصد افزایش می­یابد. به طور کلی می­توان نتیجه گرفت که با توجه به زمان گرم شدن آب، راندمان احتراق و آلاینده ناکس تولیدی، استفاده از جامد متخلخل 10 سانتی­متری مناسب­ترین محیط متخلخل در آبگرمکن­های مخزنی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Analysis of a Gas-Tank Water Heater with Porous Burner

نویسندگان [English]

  • seyed abdolmehdi hashemi 1
  • Ahmadreza Tayyareh 2
  • Mahdi Mollamahdi 2
2 Department of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran.
چکیده [English]

In this study, the effects of the porous burners and the conventional burner on the performance of gas-tank water heater have been investigated experimentally. In this experiment, a partially premixed burner with natural gas fuel is used. Four different types of the porous medium have been applied. In the Results, water temperature, flue temperature, flame temperature, emissions and combustion efficiency for different burners at various flow rates of fuel have been reported. Observation shows that the use of porous burner with 10 cm porous medium reduces the time that water temperature reaches 60 oC. Also observed that the conventional burner has the lowest flame temperature and the highest flue temperature in all of the tests. Moreover, it is showed that the burners with 10 and 5 cm porous medium have the highest flame temperature and the lowest flue temperature in all of the tests, respectively. The burner with 5 cm porous medium and conventional burner have the highest and lowest amount of carbon dioxide in all of the tests, respectively. Also, the combustion efficiency of gas-tank water heater increases about 15 percent by using the burner with 10 cm porous medium.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Experimental study
  • Porous burner
  • Gas-tank water heater
  • Combustion efficiency

مراجع

[1]  K.M. Stilts, Thermal insulation jacket for water heaters, Google Patents, 1977.
 [2]  E.J. Cowan, Infrared water heater, Google Patents, 1985.
 [3] D. Bartz, M.G. Carswell, Water heater with perforated ceramic plate infrared burner, Google Patents, 1996.
[4]    M.M. Sedeh, J. Khodadadi, Energy efficiency improvement and fuel savings in water heaters using baffles, Applied energy, 102 (2013) 520-533.
[5]  M.H. Tavakoli, K. Moharramkhani, Numerical study of fluid flow and heat transfer in a gas-tank water heater, Journal of Heat and Mass Transfer Research, 2(1) (2015) 21-29.
[6] W. Kaskan, Hydroxyl concentrations in rich hydrogen-air flames held on porous burners, Combustion and Flame, 2(3) (1958) 229-243.
[7]  C. Chaffin, M. Koenig, M. Koeroghlian, R.D. Matthews, M. Hall, I. Lim, S. Nichols, Experimental investigation of premixed combustion within highly porous media,  in: Proceedings of the 1991 ASME JSME thermal engineering joint conference, 1991.
[8] S. Jugjai, N. Rungsimuntuchart, High efficiency heat- recirculating domestic gas burners, Experimental thermal and fluid science, 26(5) (2002) 581-592.
[9] N. Delalic, D. Mulahasanovic, E. Ganic, Porous media compact heat exchanger unit experiment and analysis, Experimental Thermal and Fluid Science, 28(2-3) (2004) 185-192.
[10] S. G. Nassab, Thermal behavior of a new type of multi-layered porous air heater,  International  Journal of Engineering-Materials and Energy Research Center, 19(1) (2006) 87-94.
[11] S. G. Nassab, M. Maramisaran, Transient numerical analysis of a multi-layered porous heat exchanger including gas radiation effects, International Journal of Thermal Sciences, 48(8) (2009) 1586-1595.
[12] F. Avdic, M. Adzic, F. Durst, Small scale porous medium combustion system for heat production in households, Applied Energy, 87(7) (2010) 2148-2155.
[13] H. Wang, C. Wei, P. Zhao, T. Ye, Experimental study on temperature variation in a porous inert media burner for premixed methane air combustion, Energy, 72 (2014) 195-200.
[14] B. Lin, H. Dai, C. Wang, Q. Li, K. Wang, Y. Zheng, Combustion characteristics of low concentration coal mine methane in divergent porous media burner, International Journal of Mining Science and Technology, 24(5) (2014) 671-676.
[15]  L. Iral, A. Amell, Performance study of an induced air porous radiant burner for household applications at high altitude, Applied Thermal Engineering, 83 (2015) 31-39.
[16]  C. Keramiotis, M. Katoufa, G. Vourliotakis, A. Hatziapostolou, M. Founti, Experimental investigation of a radiant porous burner performance with simulated natural gas, biogas and synthesis gas fuel blends, Fuel, 158 (2015) 835-842.
[17]  S.A. Hashemi, E. Noori, A. Aghaei, Experimental study of a non-premixed turbulent flame stabilization with a porous medium, Modares Mechanical Engineering, 15(5) (2015) 341-349.
[18] S. Panigrahy, N.K. Mishra, S.C. Mishra, P. Muthukumar, Numerical and experimental analyses of LPG (liquefied petroleum gas) combustion in a domestic cooking stove with a porous radiant burner, Energy, 95 (2016) 404-414.
[19]   S.A. Shakiba, R. Ebrahimi, M. Shams, Z. Yazdanfar, Effects of foam structure and material on the performance of premixed porous ceramic burner, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 229(2) (2015) 176-191.
[20]   S.R. Turns, An introduction to combustion, McGraw- Hill New York, 1996.
[21]   S. Testo, C. KGAA, Testo Smart Probes Instruction Manual, 2018.
[22] J.P. Holman, Experimental methods for engineers, 2001.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 6
شهریور 1399
صفحه 1613-1626

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار