بررسی نقشه عملکردی مشعل شعله سطحی با استفاده از نورتابی شیمیایی و تحلیل تصاویر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تربیت مدرس

2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک

چکیده

 در پژوهش حاضر، مشعل استوانه‌ای شعله سطحی کاملاً پیش‌آمیخته، در شش توان 11/74کیلو‌وات تا 17/14 کیلو‌وات و نسبت هم‌ارزی 0/4 تا 1/6(محدوده رقیق و غنی) مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. نتایج شامل دو بخش طیف‌سنجی و تحلیل تصاویر شعله است. در بخش سنجش نورتابی شیمیایی، نسبت هم‌ارزی متناظر با بیشینه‌ی حرارت آزاد شده از مشعل استوانه‌ای سوراخ‌دار، در نسبت هم‌ارزی 8 /0بدست آمده است. نسبت هم‌ارزی مشعل، با استفاده از منحنی برازش شده هیدروکسیل بر توان مشعل و تغییرات نسبت شدت*OH*/  CH، بصورت مستقل از توان مشعل تخمین زده شده است. در بخش تحلیل تصاویر، رنگ شعله از نسبت هم‌ارزی 0/44 تا 1/6 از ناحیه حد پایین به حد بالا در چهار ناحیه فیروزه‌ای، زرد و قرمز، آبی پایدار، برخاستگی و در نهایت خاموشی شعله در شش توان مشعل بررسی شده است. ناحیه عملکرد مناسب مشعل، دارای شعله به رنگ آبی بدون برخاستگی و برگشت شعله در یک محدوده‌ی مشخص بر حسب توان ورودی ارائه شده است. نقشه عملکرد، به ازای هر توان ورودی، نسبت هم‌ارزی مناسب عملکرد مشعل شعله سطحی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of The Surface Flame Burner Functional Diagram Using Chemiluminescence and Image Analysis

نویسندگان [English]

  • ziaulhaq Ahmadi 1
  • Mohammad Zabetian Targhi 2
1 Tarbiat Modares
2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک
چکیده [English]

In this study, a fully premixed cylindrical surface flame burner is investigated in laboratory research. The burner was analyzed in heating capacities 11.74-17.14 kW and its equivalence ratio 0.4-1.6. The results are including two sections of spectroscopy and flame image analysis. In the chemiluminescence section, the maximum heat release from the perforated cylindrical burner is obtained by examining the intensity of hydroxyl radiation in the equivalence ratio of 0.8. In the second part of chemiluminescence, the equivalence ratio is estimated by using the intensity ratio and curve fitting from natural flame radiation. The color and state of the flame changed from the equivalence ratio of 1.6 to 0.44, respectively, from green to yellow and red flame, blue and lift-off flame, and eventually blow-off. The satisfactory operation that is stable blue flame without lift-off and flashback is observed in the range of 0.7-0.85. This process was performed for six thermal capacities, and its results were collected in a chart called the functional burner diagram. A satisfactory operation can be selected by a functional diagram in different burner powers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cylindrical burner
  • Equivalence ratio
  • Functional diagram
  • Chemiluminescence
  • Image analysis
[1] J. Ballester, T. García-Armingol, Diagnostic techniques for the monitoring and control of practical flames, Progress in Energy and Combustion Science, 36(4) (2010) 375-411.
[2] M. Omidi, M.D. Emami, Experimental investigation of premixed combustion and thermal efficiency in a porous heating burner, International Journal of Energy Research, 45(2) (2020) 1948-1958.
[3] H.-W. Huang, Y. Zhang, Flame colour characterization in the visible and infrared spectrum using a digital camera and image processing, Measurement Science and Technology, 19(8) (2008).
[4] J.M. Samaniego, F.N. Egolfopoulos, C.T. Bowman, CO2* Chemiluminescence in Premixed Flames, Combustion Science and Technology, 109(1-6) (1995) 183-203.
[5] I. Kojima, Nakajima, Spatially resolved measurement of OH, CH , and Cn2 chemiluminescence in the reaction zone of laminar me, Proceedings of the Combustion Institute, 28 (2000) 1757–1764.
[6] Y. Hardalupas, M. Orain, Local measurements of the time-dependent heat release rate and equivalence ratio using chemiluminescent emission from a flame, Combustion and Flame, 139(3) (2004) 188-207.
[7] H. Panoutsos, 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.
[8] J. Li, J. Zhao, S. Guo, X. Zhou, Y. Liu, J. Bai, Y. Fang, Predicting the vanadium speciation during petroleum coke gasification by thermodynamic equilibrium calculation, Fuel, 176 (2016) 48-55.
[9] M. Najarnikoo, M.Z. Targhi, H. Pasdarshahri, Experimental study on the flame stability and color characterization of cylindrical premixed perforated burner of condensing boiler by image processing method, Energy, 189 (2019) 116130.
[10] Y. Ding, D. Durox, N. Darabiha, T. Schuller, Chemiluminescence of Burner-Stabilized Premixed Laminar Flames, Combustion Science and Technology, 191(1) (2019) 18-42.
[11] H. Soltanian, M.Z. Targhi, H. Pasdarshahri, Chemiluminescence usage in finding optimum operating range of multi-hole burners, Energy, 180 (2019) 398-404.
[12] F. Liu, L. Zheng, R. Zhang, Emissions and thermal efficiency for premixed burners in a condensing gas boiler, Energy, 202 (2020) 117449.
[13] J.P. Holman, Experimental Methods for Engineers, Eighth ed., McGraw-Hill, New York, 2012
[14] A.G. Gaydon, The Spectroscopy of Flames, Second ed, Chapman and Hall, London, 1974.
[15] C.E. Baukal, J. Charles E.Baulkal, Industrial Combustion Testing, First ed, Taylor & Francis New York, 2011.
[16] S.R. Turns, An introduction to combustion concepts and applications, Third ed., McGraw-Hill, New York, 2012.
[17] K. Lee, Lee, An experimental study of a cylindrical multi-hole premixed burner for the development of a condensing gas boiler, Energy  36 (2011) 4150-4157.
[18] Y. Ding, D. Durox, N. Darabiha, T. Schuller, Chemiluminescence based operating point control of domestic gas boilers with variable natural gas composition, Applied Thermal Engineering, 149 (2019) 1052-1060.
[19] F. Song, Z. Wen, Z. Dong, E. Wang, X. Liu, Ultra-low calorific gas combustion in a gradually-varied porous burner with annular heat recirculation, Energy, 119 (2017) 497-503.