ارائه مدل تحلیلی احتراق غیر پیش آمیخته ابر ذرات تیتانیوم در هندسه جریان متقابل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه هوافضا ، ،دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران،ایران

2 گروه مکانیک،دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران، ایران

3 گروه مکانیک،دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

امروزه مطالعه ی احتراق ذرات فلزی به واسطه کاربردهایی از قبیل تولید اکسید ذرات، چگالی انرژی بالا و در نتیجه افزایش دمای حاصل از احتراق،کاربردهای پزشکی و... مورد توجه است. در این پژوهش، به بررسی و ارائه مدل تحلیلی احتراق غیرپیش آمیخته ابر ذرات تیتانیوم در هندسه جریان متقابل، با رویکرد چندناحیه ای پرداخته شده است. جریان سوخت از یک سو و جریان اکسیدکننده از سوی دیگر به شکل متقابل جریان یافتند و به منظور مدلسازی تحلیلی احتراق، سه ناحیه متمایز در نظر گرفته شد. معادلات حاکم بر مسئله شامل بقای جرم اجزا و بقای انرژی بیان شد و با استفاده از شرایط مرزی و انطباقی مناسب، حل معادلات در هر ناحیه به کمک نرم افزارهای متلب و متمتیکا ارائه شد. سپس توزیع دما و کسر جرمی سوخت، اکسیدکننده و محصولات سوختی در فاز مایع برحسب مکان رسم شد و تأثیر برخی متغیرها مانند عدد لوئیس، اندازه قطر ذرات و غلظت جرمی ذرات بر شعله مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که در غلظت 300 گرم بر مترمکعب با افزایش عدد لوئیس سوخت از 0.6 تا 1.4 میزان دمای شعله از 3600 کلوین تا 3050 کلوین کاهش یافت و همچنین مکان شعله به سمت نازل اکسیدکننده منتقل شد و علت این موضوع کاهش نفوذ جرم توجیه شد.همچنین با افزایش قطر ذرات سوخت از 2تا200 میکرون،دما شعله از 3600 کلوین به 3400 کلوین تغییر یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical model for the non-premixed combustion of titanium dust cloud in counter-flow geometry

نویسندگان [English]

  • Moein Farmahini farahani 1
  • Nima Hasanvand 2
  • Mahdi Bidabadi 3
1 Aerospace department,Faculty of Mechanic,science and technology university of iran,Tehran,Iran
2 Mechanic department,Faculty of Mechanic,science and technology university of iran,Tehran,Iran
3 Mechanic department,Faculty of Mechanic,science and technology university of iran,Tehran,Iran
چکیده [English]

Today,the study of combustion of metal particles is considered due to applications such as particle oxide production, high energy density and thus increasing the temperature resulting from combustion, medical applications,etc.In this study,the analytical model of titanium dust cloud combustion in counter-flow geometry with a multi-zone approach is examined and presented.Fuel flows on the one hand and oxidizing currents on the other flowed as counter-flow,and in order to analytical modeling,three distinct areas were considered.The equations governing,including the mass fractional survival of the components and the survival of the energy, were expressed and,using appropriate boundary and adaptive conditions,the solution of the equations in each zone was presented using Matlab and Mathematica softwares.Then the temperature distribution and mass fraction of fuel, oxidizer and fuel products in the liquid phase were plotted according to location and the effect of some variables such as Lewis number,particle diameter and mass particle concentration on the flame was investigated. It was observed that with increasing Lewis fuel number from 0.6 to 1.4 at 300 g/m3, the flame temperature decreased from 3600 Kelvin to 3050 Kelvin and also the flame location was transferred to the oxidizer nozzle and the reason for this was the reduction of mass penetration. Also with increasing particle diameter of fuel from 2μm to 200μm, temperature of the flame was shifted from 3600 K to 3400 K.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion of titanium particles
  • non-premixed combustion
  • counter-flow geometry
  • Lewis number
  • Analytical model