بررسی عددی انتشار آلاینده های احتراق هوا- متان در یک مشعل محیط متخلخل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی؛ تهران، میدان ونک، خیابان پردیس،

2 استادیار دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی؛

3 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی؛

چکیده

در مشعل­های محیط متخلخل دمای ناحیه احتراق در مقایسه با مشعل­هائی که شعله آزاد دارند، پائین تر است، که این امر باعث کاهش انتشار NOx در این مشعل­ها می­شود. به علاوه، چون محیط متخلخل سبب می­شود که فرصت کافی برای احتراق وجود داشته باشد، انتشار CO و هیدروکربن­های نسوخته نیز کاهش می­یابند. در این پژوهش، میزان انتشار آلاینده­ها در یک مشعل متخلخل یکپارچه با مبدل حرارتی با توان  kW 5 مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات ناویراستوکس، انرژی و بقای اجزاء شیمیائی در یک محیط متخلخل با فرض تعادل حرارتی موضعی بین فازهای جامد و گاز، حل شده است. میدان دمای دو بعدی و غلظت اجزاء شیمیائی برای احتراق پیش مخلوط هوا- متان ارائه شده و تأثیر هوای اضافی بر روی انتشار CO و NO مورد بررسی قرار گرفته است. مقادیر پیش بینی شده برای CO  و NO  تطابق قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشته و همچنین از لحاظ کمی و کیفی به برخی از مدل سازی­ها برتری دارد. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An Investigation of Pollutants Emission of Methane-Air Combustion in Porous Burners (PBs), from the view point of numerical modeling

نویسندگان [English]

  • MASOUD Ziabasharhagh 1
  • REZA Ebrahimi 2
  • Mohammad Rajaei 3
چکیده [English]

Combustion zone temperature in porous burners (PBs) is lower than free flame burners, which leads to a reduction in NOx emission. Furthermore, because of enough resident time for complete combustion, amount of CO emission will be reduced. In this research, pollutant emissions are investigated for a 5 kW porous burner integrated with a heat exchanger. Navier-Stockes, energy and the chemical species transport equations in a porous media with local thermal equilibrium assumption between the solid and gas are solved. 2D temperature field and species concentrations are presented in the premixed methane - air combustion. The effect of excess air on CO and NO emission are investigated. Results are acceptable with comparison of experimental data, also the results of this simulation are better than some simulations in quantitative and qualitative sense.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion
  • Pollutants
  • Porous Media
  • Numerical Modeling and Methane-Air

مراجع

[1] ابراهیمی، رضا، ضیاء بشرحق، مسعود و رجائی، محمد رضا، بررسی عددی احتراق هوا-متان در مشعلهای محیط متخلخل غیر همگن، هشتمین کنفرانس دینامیک شماره ها ایران، تبریز، 17-19 .شهریور ماه1382
[2] Durst, F., Pickenacker, K. and Trimis D., First Periodic Report of Compact Porous Medium Burner and Heat Exchanger for Household Application, Contract NO. JOE3CT95-0019, 1996.
[3] Ergun, S., Fluid Flow Through Packed Columns, hem. Engng. Prog., Vol. 48, pp. 89-94, 1952.
[4] Gordon, S. and McBride, B. J., CEC: Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions, Rocket Performance,Incident and Reflected Shocks and Chapman-Jouguet Detonations, NASA Report SP-273, 1971.
[5] MacDonald, I. F., EI-Sayed, M. S., Mow, K. and Dullien, F. A. L., Flow through Porous Media Ergun Equation Revisited, Ind. Eng. Chem. Fund.,Vol. 18, pp. 199-208, 1979.
[6] Malico, I., Zhou, X. Y. and Pereira, J. C. F., Two- Dimensional Numerical Study of Combustion and Pollutant Formation in Porous Burners, Combust.Sci. and Tech.,Vol. 152, pp. 57-79, 2000.
[7] Manara, J., Aufbau Einer Apparatur Zur IR- Optischen Charakterisienung Von Proben Bei Hohen Temperaturen Unter Vakuum. Physikalisches Institut der Universititat Wurzburg,1997.
[8] Mohamad, A. A., Viskanta, R. and Ramadhyani, S., Numerical Predictions of Combustion and Heat Transfer in Packed Bed with Embedded Coolant Tubes, Combust. Sci. and Tech., Vol. 96, pp. 387-407, 1994.
[9] Nicol, D. G., Malte, P. C., Hamer, A. J., Roby, R. J. and Steele. R. C., Development of a Five-Step Global Methane Oxidation-NO Formation Mechanism for Lean Premixed Gas Turbine Combustion, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Trans. of ASME, Vol. 121, pp. 272-280, April 1999.
[10] Pan, H. L., Pickenacker, O., Pickenacker, K., Trimis, D. and Weber, T., 5th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, Porto, April 11-14, 2000.
[11] Patankar, S. V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corporation, Taylor & Francis Group, New York, 1980.
[12] Pereira, J. C. P. and Zhou, X. Y., Numerical Study of Combustion and Pollutants Formation in Inert Nonhomogeneous Porous Media, Combust. Sci. and Tech., Vol. 130, pp. 335-364, 1997.
[13] Pickenacker, K., Brenner, G., Pickenacker, O., Trimis, D., Wawrzinek, K. and Weber, T., Numerical and Experimental Investigation of Matrix Stabilized Methane - Air Combustion in Porous Inert Media, Combustion and Flame, Vol. 123, pp. 201-213, 2000.
[14] Turns, S. R., An Introduction to Combustion: Concepts and Application, 2nd ed., McGraw-Hill, 2000.
[15] http://www.lstm.uni-erlangen.de

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار