اثرات استفاده از معادلات تغییرتخلخل در عملکرد و تولید مواد آلاینده در مشعل‌های محیط متخلخل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی سهند تبریز

2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

در این مقاله نتایج حاصل از مدل‌سازی دو بعدی و متقارن محور احتراق پیش آمیخته‌ی متان- هوا با سینتیک چند مرحله‌ای در داخل محیط متخلخل با تغییر تخلخل ارائه شده است که در آن برای مشخص نمودن خصوصیات ترمو‌فیزیکی و ترموشیمیایی از برنامه کمکین2[i] و اطلاعات پایه آن استفاده شده است. معادلات پیوستگی، ناویر استوکس، معادلات انتقال حرارت فاز گاز و جامد و معادلات حاکم بر گونه‌های شیمیایی با استفاده از روش حجم محدود حل شده و برای ارتباط بین سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل[ii] استفاده شده است. در این مقاله سعی بر آنست تا با اعمال پروفیل‌های تغییر تخلخل مختلف به جای تخلخل ثابت دو ناحیه‌ای، اثرات تغییر تخلخل در طول مشعل را مورد بررسی قرار دهیم. نتایج نشان می‌دهند که با اعمال تخلخل متغیر در طول مشعل می‌توان میزان دمای بیشینه را حدود 5/4% کاهش داد و به تبع آن میزان آلاینده‌های خروجی نظیر اکسیدهای نیتروژن[iii]  نیز کاهش می‌یابد. در حالی که افت فشار در طول مشعل به میزان بسیار ناچیزی افزایش می‌یابد. همچنین اثرات سرعت ورودیو دمای دیواره بر روی مشعل‌های محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان داد با افزایش سرعت ورودی بیشینه دمای گاز کاهش پیدا می‌کند و به تبع آن میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن کاهش می‌یابد همچنین با افزایش دمای دیواره، بیشینه دماافزایش پیدا می‌کند و این امر سبب افزایش اکسیدهای نیتروژن می‌گردد .   



 


 


 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effects of Using Porosity Profiles on Performance and Emission of Pollutants in the Porous Media Burners

نویسندگان [English]

  • Iman Mohammadi 1
  • Siamak Hosein Pur 2
چکیده [English]

In this paper, a two-dimensional axisymmetric model for premixed methane/air combustion in porous media has been developed. For this aim, a numerical model with chemkinII library is used along with its database. This code solves the continuity, navier stokes, the solid and gas energy and the chemical species transport equations using the finite volume method. The pressure and velocity have been coupled with the simple algorithm. In this paper, an attempt is made to apply the profile of porosity instead of constant porosity for two zones of the burner. The results showed that by applying the varying porosity along the burner, the peak temperature can be decreased by about 4.5%, and subsequently, the amount of exhaust pollutants such as NOx can also be decreased while increase in pressure loss along the burner is negligible. The effects of increasing the inlet velocity and the wall temperature are also investigated. The results showed that by increasing the inlet velocity, the peak temperature and the emission of NOx will be decreased and also by increasing wall temperature, the peak temperature and the emission of NOx will be increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous Media
  • Axisymmetric Combustion
  • Finite Volume
  • heat transfer
  • Chemical Kinetic

مراجع

[1] حسین پور، سیامک و معلمی، نگین" شبیه سازی عددی احتراق در محیط متخلخل در حالت دو بعدی با استفاده از چهار ساز و کار شیمیایی چند مرحله ای مختلف" انجمن احتراق ایران، 1389
[2] Echigo, R., “Effective Energy Conversion Method Between Gas Enthalpy and Thermal Radiation and Application to Industrial Furnaces, “ Proc. 7th Int. Heat Transfer conf., München, Vol. 6, pp. 361-366, 1982.
[3] Wang, K. and Tien, C. “Thermal Insulation in Flow System, Combined Radiation and Convection Through a Porous Segment. “ J. of Heat Transfer 106, pp. 453-459, 1984.
[4] X.Y.Zhou and J.C.F.Pereira. “Comparison of Four Combustion Models for Simulating the Premixed Combustion in inert Porous Media” FIRE AND MATERIALS. Fire Mater. 22, 187-197, 1998.
[5] MALICO. I. ” Two-dimensional Numerical Study and pollutants Formation in P.M.” combust. Sci. and Tech, vol. 152, pp 57-79, 1999.
[6] Chung-jen Tseng.” Effect of Hydrogen addition on methae combustion in a porous medium burner” International journal of Hydrogen Energy 27, pp.699-707, 2002.
[7] Lari K.,Ganjalikhan nassab S.A. ,”Transient thermal characteristics of porous radiant burners”.Iranian Journal of Science and Tecnology ,transaction b:engineering Vol.31,number b4,407-420, 2007.
[8] Hossainpour,S &Haddadi,B.” Numerical Study of the Effects of Porous Burner Parameters on Combustion and Pollutants Formation. ” , WCE,pp.1505-1509, April, 21, 2008.
[9] Mao-Zhao Xie, Jun-Rui Shi, Yang-Bo Deng, Hong Liu, Lei Zhou, You-Ning Xu, ” Experimental and numerical investigation on performance of a porous medium burner with reciprocating flow”, Original Research Article, Fuel, Volume 88, Issue 1, Pages 206-213, January 2009.
[10] Bidi. M, Nobari. M.R.H * , Saffar Avval. M,” A numerical evaluation of combustion in porous media by EGM (Entropy Generation Minimization)” Energy 35 (2010) 3483-3500, 2 June 2010.
[11] Donald A.Neild and adrian Bejan,"Convection in Porous Media",Third Edition
[12] Durst, F., Trimis, D., “Compact low emission combustion reactors with integrated heat exchanger using porous medium combustion” in: Proceedings of the first European Conference on small burner Technology and Heating Equipment,Zurich, Switzerland, September 25-26, 1996
[13] Malico, I, Zhou, X, Y, and Pereira, J, C, F, “Two-dimensional Numerical Study on Combustion and Pollutants formation in Porous Burner,” Combust, Sci and Tech, 152,pp,57-59,2000.
[14] Vafai, K, Handbook of Porous Media, Taylor & Francis Group, LIC, 2005.
[15] Nemoda, S, Trimis, D, and Zivkovich, G,”Numerical Simulation of Porous Burners and Hole Plate Surface Burners” J, THERMAL SCIENCE,8, No. 1,pp,3-17,2004.
[16] Kee, R, J, Rupley, F, M, and Miller, J, A, TheChemkin Thermodynamic Data Base. Sandia National Laboratories. Rept. SAND-8215B,1992.
[17] Brown, P. N., Byrne, G. D., and Hindmarsh, A. C., “VODE: a Variable Coefficient ODE Solver,” SIAM J. Sci. Stat. Comput., 10, pp. 1038-1051, 1989.
[18] Malico, I, Zhou, X, Y, and Pereira, J, C, F, “Two-dimensional Numerical Study on Combustion and Pollutants formation in Porous Burner,” Combust, Sci and Tech, 152,pp,57-59,2000.
[19] Kee, R, J., Dixon-LEWIS, G., Warnatz, J, Coltrin, M, E, and miller, J, A, “A Fortran Computer Code Package for the Evaluation of Gas Phase Multi-component Transport Properties ,”Sandia National lab. Report SAND 86-8246,1996.
[20] Glarborg, P., Lilleheie, N,I., Byggstoyl, S., Magnussen, B, F., Kilpinen, P, and Hupa, M., “ A Reduced Mechanism for Nitrogen Chemistry in Methane Combustion,” 24th Symposium (international ) on Combustion , The Combustion Institude, 24,No. 1,pp.889-890,1992.
[21] Smith, G, P., Golden, D, M., Frenklach, M., Moriarty, N, W., Eiteneer, B.,Goldenberg, M., Bowman, C, T., Hanson, R, K., Song, S., Gardiner Jr, W, C., Lissianski, V., and Qin, Z., available at :http://www.me.berekeley.edu/gri-mech.
[22] Durst, and Trimis, D., ”Compact Porous Medium Burner and Heat Transfer Exchanger for Household Applications” Ec project report, Contact no. JOEC-CT95-0019, 1996.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار