مطالعه تاثیر دمای دیواره و ساختار اکسنده بر توزیع دما و ناکس کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

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

3 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک

10.22060/mej.2021.19792.7114

چکیده

هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر شرایط حرارتی حاکم بر دیواره کوره و ساختار اکسنده بر انتشار آلاینده ناکس و شرایط دمایی داخل کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته است. بدین منظور شبیه‌سازی کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته با استفاده از نرم افزار اپن‌فوم انجام شده است. در شبیه‌سازی‌های عددی از مدل آشفتگی کی- اپسیلون استاندارد، مدل احتراقی مفهوم اتلاف گردابه اصلاح شده و مدل تشعشعی فاز گسسته و سینتیک شیمیایی GRI3.0 استفاده شده است. همچنین به‌منظور تحلیل نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی، محاسبات شیمیایی با استفاده از واکنشگاه کاملا مخلوط نیز مورد توجه قرار گرفته است. مطابق با نتایج بدست آمده افزایش دمای دیواره کوره تا رسیدن به شرایط عایق حرارتی منجر به افزایش قابل توجه دمای متوسط و بیشینه درون محفظه احتراق گردیده و منجر به انتقال از رژیم احتراقی بدون شعله به رژیم‌ دما بالا می‌شود. علاوه‌بر این جایگزینی دی‌اکسید کربن با نیتروژن منجر به کاهش قابل توجه دمای محفظه احتراق به علت تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی این دو گونه با یکدیگر می‌شود. براساس نتایج، افزایش دمای دیواره کوره با وجود کاهش اتلاف حرارتی منجر به افزایش قابل توجه میزان ناکس در رژیم احتراقی دما بالا می‌گردد. استفاده از CO2 به جای N2 به عنوان اکسنده می‌تواند به عنوان روشی راهگشا در کاهش اتلاف حرارتی همزمان با کاهش میزان ناکس منتشر شده از کوره احتراق غیرپیش‌آمیخته مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of the effect of wall temperature and oxidant structure on temperature distribution and NO emission in non-premixed combustion furnace

نویسندگان [English]

  • Amin Tajdani 1
  • seyed abdolmehdi hashemi 2
  • Esmaeil Ebrahimi Fordoei 3
1 PhD Student of Kashan University, Kashan, Iran
3 Faculty of Mechanical Engineering , Tarbiat Modares University
چکیده [English]

The aim of this study was to investigate the effect of thermal condition of the furnace wall and oxidant structure on the NOx emission and temperature distribution inside the non-premixed combustion furnace. For this purpose, non-premixed combustion furnace simulations have been performed using OpenFOAM software. In numerical simulations, the standard k-ε turbulence model, modified EDC combustion model, DO radiation model and GRI3.0 chemical kinetic are used. In order to analyze the results of numerical simulations, chemical calculations using well stirred reactor have also been considered. According to the obtained results, increasing the furnace wall temperature to reach thermal insulation conditions leads to a significant increase in the average and maximum temperature inside the combustion chamber and leads to the transition from flameless combustion regime to high temperature regime. In addition, the replacement of carbon dioxide with nitrogen leads to a significant reduction in combustion chamber temperature due to the physical and chemical differences between the two species. According to the results, increasing the furnace wall temperature, despite reducing the heat loss, leads to a significant increase in the amount of NOx in the high temperature combustion regime. The use of CO2 instead of N2 as an oxidizer can be considered as a way to reduce heat loss while reducing the amount of NOx emitted from the non-premixed combustion furnace.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NOx
  • Wall Temperature
  • Oxidant structure
  • Combustion Regime
  • Non-premixed Combust