بررسی تجربی تابش گونه‌های احتراقی در تعیین نسبت هم‌ارزی در مشعل شعله سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران ، ایران

2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک

3 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر گونه‌های مهم احتراقی با سنجش تابش مشعل سوراخ‌دار بررسی شده است. تابش بکمک طیف سنجی فیبر نوری روی یک بستر آزمون دارای مشعل با فناوری جدید مورد استفاده در دیگ‌های چگالشی، تحلیل شده است. از نورتابی شیمیایی برای سنجش گونه‌های احتراقی OH*، CH*، ، و   استفاده شده است. به ازای نسبت‌های مختلف هم‌ارزی و در توان‌های 11-16 کیلووات از مشعل، شدت تابش گونه‌ی  که نقش مهمی در تعیین نرخ حرارت آزاد شده از شعله دارد، اندازه‌گیری شد که شدت بیشینه در محدوده 85/0>Φ>78/0 در تمامی مقادیر توان مشعل به دست آمد. همچنین بیشترین شدت تابش رادیکال OH* که در مراجع بیان‌گر دومین شاخص تعیین کننده‌ی نرخ حرارت آزاد شده از مشعل است، در محدوده 85/0>Φ>77/0 در توان‌های کاری مشعل می‌باشد که در تطابق بسیار خوبی با محدوده‌ی بیشینه‌ی  است. همچنین بیشترین محدوده دمای شعله در محدوده‌ی 87/0>Φ>78/0 با استفاده از ترموکوپل اندازه‌گیری شد که با نتایج گونه‌های OH* و  در ارزیابی بیشترین نرخ حرارت آزاد شده از شعله تطابق مناسبی دارد. بعلاوه، نسبت شدتOH*/CH*  به صورت مستقل از توان مشعل به دست آمد که توسط سایر محققین نیز تأیید شده است. بنابراین می‌توان با سنجش تابش شعله، به نسبت هم‌ارزیِ آن پی برد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Combustion Species Radiation to Evaluate Equivalence Ratio in a Surface Flame Burner

نویسندگان [English]

  • Hossein Soltanian 1
  • Mohammad Zabetian Toroghi 2
  • Hadi Pasdarshahri 3
1 Department of mechanical engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک
3 Department of mechanical engineering, Tabiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the present research, combustion species were investigated in perforated natural gas burner based on flame emission spectroscopy. An experimental investigation is performed on a new burner test rig which is one of the most popular burners used in condensation boilers through a spectrometer-fiber optic to get the flame emission of a perforated burner. Combustion species H2O*, OH*, CH*, C2* and CO2* are detected from their chemiluminescence The emission of CO2* which has the main role in heat release rate of burner was investigated for different equivalence ratios (Φ) and burner powers of 11-16 kW showing an intensity peak in the range of Φ between 0.78 to 0.85 that corresponds to the maximum heat release rate. Emission of OH* was also investigated being the main indicator of NO regarding its producing mechanism. Its maximum was found at the range of at Φ=0.78 to 0.85 for different burner powers. A similar experiment showed that OH*/CH* intensity ratio was independent of burner power as is confirmed by previous researchers. One could infer the equivalence ratio from the flame emission.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Species
  • Chemiluminescence
  • Flat Flame Burner
[1]  J. Ballester and T. Garcia, Diagnostic Techniques for The Monitoring and Control of Practical Flames, Progress in Energy and Combustion Science, 36)2(  )2010(375–411.
[2]  A. Leipertz, S. Pfadler and R. Schießl , An Overview of Combustion Diagnostics Handbook of Combustion, New York: McGraw-Hill, )2010(.
[3]  E. C. Rada, Thermochemical Waste Treatment by Combustion Gasafication and Other Methodologies, New Jersey: Apple Academic Press, )2017(.
[4]  C. E. Baukal, Industrial Combustion Testing,  London: Taylor & Francis, )2010(.
[5]  S. R. Turns and S. J. Mantel, An Introduction to Combustion, Second Edition, New York, McGraw Hill, )2000(.
[6]  A. Labergue, J. D. Penacarillo, M. Gradeck and F. Lemoine, Combined Three-color LIF-PDA Measurements and Infrared Thermography Applied to The Study of The Spray Impingement on a Heated Surface Above the Leidenfrost Regime, International Journal of Heat Mass Transfer, 104)2 ()2017 (1008–1021.
[7]  J. Ballester and T. Garcia-Armingol, Diagnostic Techniques for The Monitoring and Control of Practical Flames, Progress in Energy and Combustion Science, 36)4 ()2010 (375–411.
[8]  M. Ruão, M. Costa, and M. G. Carvalho, NOx Diagnostic System Based on a Spectral Ultraviolet/Visible Imaging Device, Fuel, 78 )1999 (1283–1292.
[9]  J. J. Hernández, M. Lapuerta, and J. Barba, Flame Stability and OH and CH Radical Emissions From Mixtures of Natural Gas With Biomass Gasification Gas, Applied Thermal Engineering, 55 )4 ()2013 (133–139.
[10] J. M. Samaniego, F. N. Egolfopoluos and C. T. Bowman, CO2 * Chemiluminescence in Premixed Flames, Combustion Science and Technology, 109 )3 ()1995 (183–203.
[11] J. Kojima, Y. Ikeda and T. Nakajima, Spatially Resolved Measurement of OH*, CH *, and C2* Chemiluminescence in The Reaction Zone of Laminar Methane-Air Premixed Flames, Journal of Combustion Institute, 28 )2000 (1757–1764.
[12] Y. Hardalupas and M. Orain, Local Measurements of the Time-dependent Heat Release Rate and Equivalence Ratio Using Chemiluminescent Emission From a Flame, Combustion and Flame, 139)  2004 (188–207.
[13] C. S. Panoutsos, Y. Hardalupas and A. Taylor, Numerical Evaluation of Equivalence Ratio Measurement Using OH* and CH* Chemiluminescence in Premixed and non-Premixed Methane–air Flames, Combustion and Flame, 156 )2009 (273–291.
[14] T. Parameswaran, R. Hughes, P. Gogolek, and P. Hughes, Gasification Temperature Measurement With Flame Emission Spectroscopy, Fuel, 134 )3 ()2014 (579–587.
[15] J. M. de Paulo, J. E. M. Barros and P. J. S. Barbeira, A PLS Regression Model Using Flame Spectroscopy Emission for Determination of Octane Numbers in Gasoline, Fuel, 176 )1 ()2016 (216–221.
[16]  J. Li, J. Zhao, S. Guo, X. Zhou, Y. Lio, J. Bai and Y. Fang, Predicting the Vanadium Speciation During Petroleum Coke Gasification by Thermodynamic Equilibrium Calculation, Fuel, 176 )2016( 48–55.
[17] C. Romero, X. Li, S. Keyvan, and R. Rossow, Spectrometer-based Combustion Monitoring for Flame Stoichiometry and Temperature Control, Applied  Thermal  Engineering, 25 )2 ()2005( 659–676.
[18] A. G. Gaydon,  The Spectroscopy of Flames, Amsterdam: Springer, )1974(
[19] S. Kadowaki and N. Ohkura, Time Series Analysis on The Emission of Light From Methane-Air Lean Premixed Flames, Transactions of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 51 )4 ()2008(  133-138.