مطالعه عددی حدود شعله‌وری احتراق پیش آمیخته مخلوط آمونیاک-متان در یک مشعل محیط متخلخل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

هدف از مطالعه حاضر بررسی عددی اثر پارامترهای نسبت هم‌ارزی، سرعت ورودی و نسبت آمونیاک به متان در سوخت ورودی، بر حدود شعله‌وری مشعل و توزیع دمای شعله مخلوط آمونیاک- متان در یک مشعل محیط متخلخل است. بدین منظور از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل به‌صورت عددی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت 22 و یک سینتیک شیمیایی شامل 69 گونه و 389 واکنش استفاده‌شده است. نتایج نشان داد، با افزایش نسبت هم‌ارزی تا 1، بیشینه دمای فاز گاز و جامد افزایش و بعدازآن کاهش می‌یابد. همچنین در سرعت ورودی مختلف،با افزایش نسبت هم ارزی تا 1/1، موقعیت ناحیه شعله به سمت بالادست مشعل حرکت می‌کند و بعدازآن ناحیه شعله به سمت پایین‌دست حرکت می‌کند. همچنین مشاهده شد با افزایش نسبت هم‌ارزی از 0/7 به 1، حداقل سرعت ورودی برای حد پایین حدود شعله‌وری به ترتیب از 0/1 به 0/163 متر بر ثانیه یعنی معادل 57% افزایش و حداکثر سرعت ورودی برای حد بالای حدود شعله‌وری به ترتیب از 0/14 به 0/244 متر بر ثانیه یعنی معادل 63% افزایش می‌یابد. در نسبت هم‌ارزی ثابت با افزایش درصد آمونیاک، دمای بیشینه فاز گاز و جامد کاهش می‌یابد. همچنین با تغییر هم‌زمان نسبت هم‌ارزی و درصد آمونیاک، بیشترین و کمترین بازه استفاده از آمونیاک در نسبت هم‌ارزی 1 بین 100%-10% و نسبت هم‌ارزی 1/4 بین 30%-10% مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical study of flammability limits of premixed combustion of ammonia-methane mixture in a porous media burner

نویسندگان [English]

  • Mehdi Sepahvand
  • Seyed Abdolmehdi Hashemi
  • Ali Arefmanesh
Department of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

This study numerically examines how equivalence ratio, inlet velocity, and ammonia-to-methane ratio in fuel impact flammability limits and flame temperature distribution in an ammonia-methane mixture within a porous burner. The research employed the finite volume method and SIMPLE algorithm in Fluent 22 software with a chemical kinetic model featuring 69 species and 389 reactions. Results show that increasing the equivalence ratio to 1 increases peak temperatures in both gas and solid phases, followed by a decrease. At varying inlet velocities, an equivalence ratio up to 1.1 moves the flame zone upstream; beyond this, it shifts downstream. Furthermore, as the equivalence ratio increases from 0.7 to 1, the minimum inlet velocity for the lower flammability limit rises by 57% (from 0.1 to 0.163 m/s), and the maximum inlet velocity for the upper flammability limit rises by 63% (from 0.14 to 0.244 m/s). For a fixed equivalence ratio, increasing ammonia percentage lowers peak gas and solid temperatures. Additionally, the widest ammonia range occurs at an equivalence ratio of 1 (10% to 100%), whereas at an equivalence ratio of 1.4, the range narrows to 10%–30%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous burner
  • Ammonia fuel
  • Flame stability
  • premixed combustion
  • equivalence ratio