بررسی عددی پارامترهای موثر در انتقال حرارت تشعشعی فرایند احتراق اکسیدی کوره‌های گازی چرخشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا

2 آزمایشگاه توربولانس و جریان دوفازی، دانشکده هوافضا، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در کوره‌های گازی مبتنی بر احتراق سوخت اکسیدی، با توجه به دمای بالای شعله، انتقال حرارت تشعشعی بخش مهمی از شار حرارتی را تشکیل می-دهد و نقش مهمی در نحوه توزیع دما شعله دارد. پارامترهای مختلفی در انتقال حرارت تشعشعی کوره‌ها تاثیر دارد. در این پژوهش به بررسی تاثیر ضریب تشعشع دیوارها، ترکیب اکسیدکننده و چرخش جریان ورودی در کوره‌گازی هارول که با سوخت متان کار می‌کند پرداخته شد. از مدل k-ε استاندارد، مدل DO و مدل EDM به‌ترتیب جهت مدلسازی آشفتگی جریان، تشعشع و فرایند احتراق استفاده شد. خواص تشعشعی محیط گازی با استفاده از مدل WSGG تعیین شد. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد چرخش دمای‌بیشینه شعله در اثر حرکت چرخشی گازها به سمت دیواره بالا و دهانه ورودی حرکت می‌کند. این امر سبب می‌شود که شار حرارتی دیوارها افزایش و شار حرارتی محوری کاهش یابد. با تغییر ترکیب اکسیدکننده به علت تغییر در درصد و ترکیبات گازهای حاصل از احتراق، میزان فعال بودن محیط گازی از نظر تشعشعی دچار تغییر می‌شود. استفاده از نیتروژن در اکسیدکننده سبب می‌شود دمای بیشینه به‌سمت دیوارها حرکت کند درحالی که کربن دی اکسید باعث تمرکز شعله در محور مرکزی می‌گردد اگرچه افزایش درصد جرمی اکسیژن در اکسیدکننده فرایند پخش را بهبود می‌بخشد. افزایش ضریب تشعشع دیوارها نیز موجب می‌شود شعله متمرکزتر شود و بیشینه دمای آن به سمت دیواره بالا حرکت کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Effective Parameters in Radiant Heat Transfer of Oxyfuel Combustion Process of Swirling Gas Furnaces

نویسندگان [English]

  • sahar noori 1
  • saman kasmaiee 2
  • siroos kasmaiee 2
2 Turbulence and Two Phase Flow Laboratory, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic) Tehran, Iran
چکیده [English]

In gas furnaces based on oxyfuel combustion, radiative heat transfer is an important part of the heat flux and plays an important role in the flame temperature distribution. Different parameters affect the radiant heat transfer of furnaces. In this study, the effect of wall emissivity coefficient, oxidizer compound, and inlet flow swirl number in a Harwell gas furnace was investigated. k-ε standard, DO and EDM were utilized to model turbulence, radiation and combustion process, respectively. The radiative properties of the gaseous medium were determined using WSGG model. The results showed that with increasing the swirl number, the maximum flame temperature moves upwards and approaches the inlet. This causes the heat flux of the walls to increase and the axial heat flux to decrease. By changing the oxidizer composition, the radiant activity of the gaseous medium changes. This causes a change in the temperature distribution in the whole field and axial and the wall heat fluxes. The use of nitrogen in the oxidizer causes the maximum temperature to move towards the walls, while the use of carbon dioxide causes the flame to concentrate in the central axis, although the increase of the mass percentage of oxygen in the oxidizer improves flame diffusion. Increasing the wall emissivity coefficient causes the flame to become more concentrated and its maximum temperature to move upwards.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combustion
  • Gas furnace
  • Oxidyfuel
  • Radiation
  • Swirl number