مطالعه تغییرات غلظت گونه‏های اصلی احتراق متان در اثر فشار و میدان مغناطیسی یکنواخت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

تأثیر میدان های مغناطیسی بر احتراق جهت کنترل و بهینه سازی و حتی تغییر شکل و درخشندگی شعله موضوع شناخته شده ای است. نیروی حجمی مغناطیسی وارد بر گونه های مواد پارامغناطیس باعث تغییر رفتار طبیعی آن­ها شده و بر سینتیک و رفتار تعادلی واکنش­های شیمیایی احتراق نیز مؤثر است. در تحقیق حاضر بررسی عددی تأثیر میدان مغناطیسی یکنواخت بر واکنش یک مرحله ای احتراق متان انجام شده است. با توجه به اینکه در بین گونه­های تولید شده، OH ،NO وO2 به عنوان ماده پارامغناطیس و سایر گونه­های احتراق و متان دارای رفتار دیامغناطیس هستند، اثر اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت در فشارهای مختلف بر 10 گونه تولید شده در فرآیند احتراق متان با کمینه سازی انرژی آزاد گیبس ارزیابی گردیده است. نتایج نشان می­دهد اثر میدان مغناطیسی یکنواخت در فشار یک اتمسفر بر گونه­های تولید شده پارامغناطیس در مقایسه با سایر گونه­ها قابل توجه تر بوده و برای تمام گونه­ها تأثیر میدان مغناطیسی یکنواخت با افزایش فشار کاهش می یابد. همچنین می­توان به کمک میدان مغناطیسی یکنواخت، تولید آلاینده NO را همزمان با افزایش دما کاهش داد. علاوه بر این با اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت و افزایش فشار می­توان کاهش آلاینده­هایNO وCO را به طور همزمان با افزایش دما ایجاد نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study the Effects of Uniform Magnetic Fields and Pressures on the Concentration of Main Species of Methane Combustion

نویسندگان [English]

  • A. Saeedi
  • J. Khadem
  • H. Raznahan
Mechanical Engineering Department, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

The effects of magnetic fields on combustion to control and optimize the flame deformation and the flame brightness is a well-known fact. The kinetics and equilibrium properties of chemical reactions of combustion are influenced by the magnetic force exerted on paramagnetic species. In this study, the numerical consideration of the effects of the uniform magnetic fields on one stage methane combustion reaction has been taken. With respect to this fact that NO, OH, and O2 are paramagnetic species and other species and methane have diamagnetic behavior, the effects of the uniform magnetic field at different pressures on 10 methane combustion main product species are studied by minimizing the Gibbs free energy. The results show that the uniform magnetic field at 1 atm pressure has considerable effects on paramagnetic species and their production is influenced dramatically. Also, the role of uniform magnetic fields on product species decreases by increasing the pressure. The results also indicate that uniform magnetic fields decreases the mole fraction of NO simultaneously with the increase in the temperature. Furthermore, applying uniform magnetic field and increasing the pressure reduce NO and CO pollutants and increase the temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Uniform magnetic field
  • Combustion
  • Methane
  • Chemical species
  • Pollutants

مراجع

[1] M.E. Biresselioglu, T. Yelkenci, I.O. Oz, Investigating the natural gas supply security: A new perspective, Energy, 80 (2015) 168-176.
[2] W.-f. Wu, J. Qu, K. Zhang, W.-p. Chen, B.-w. Li, Experimental Studies of Magnetic Effect on Methane Laminar Combustion Characteristics, Combustion Science and Technology, 188(3) (2016) 472-480.
[3] A. Saeedi, M. Moghiman, Kerosene wick lamp flame deformation in gradient magnetic fields, Applied Physics Letters, 104(11) (2014) 114104.
[4] M. Faraday, LXIV. On the diamagnetic conditions of flame and gases, (1847).
[5] D.R. Lide, CRC handbook of chemistry and physics, CRC Press, Boca Raton, Fla., 2009.
[6] R.C. Weast, CRC handbook of chemistry and physics, (1986).
[7] R. Delhez, L'influence du champ magnétique sur les transformations physico-chimiques, Bulletin de la Société Royale (Belge) des Sciences, 26(2) (1957) 83.
[8] H. Hayashi, The external magnetic field effect on the emission intensity of the A 2[Sigma]+ --> X2[Pi] (0-0) transition of the OH radical in flames, Chemical Physics Letters, 87(2) (1982) 113-116.
[9] H. Hayashi, Recent studies of excited molecules and reaction intermediates, Scientific papers of the institute of physical and chemical research, 80(3) (1986) 87-101.
[10] N.I. Wakayama, I. Ogasawara, H. Hayashi, The external magnetic field effect on the emission intensity of the Na D line in hydrogen—oxygen flames, Chemical Physics Letters, 105(2) (1984) 209-213.
[11] A.I. Kirdyashkin, Y.M. Maksimov, A.G. Merzhanov, Effect of a magnetic field on the combustion of heterogeneous systems with condensed reaction products, Combustion, Explosion and Shock Waves, 22(6) (1986) 700-706.
[12] S. Ueno, K. Harada, Experimental difficulties in observing the effects of magnetic fields on biological and chemical processes, Magnetics, IEEE Transactions on, 22(5) (1986) 868-873.
[13] T. Aoki, Radicals' Emissions and Butane Diffusion Flames Exposed to Upward-Decreasing Magnetic Fields, Japanese Journal of Applied Physics, 28(5R) (1989) 776.
[14] E. Yamada, M. Shinoda, H. Yamashita, K. Kitagawa, Experimental and numerical analyses of magnetic effect on OH radical distribution in a hydrogen-oxygen diffusion flame, Combustion and Flame, 135(4) (2003) 365-379.
[15] Y. Mizutani, M. Fuchihata, Y. Ohkura, Pre-mixed laminar flames in a uniform magnetic field, Combustion and Flame, 125(1-2) (2001) 1071-1073.
[16] E. Yamada, M. Shinoda, H. Yamashita, K. Kitagawa, Numerical analysis of a hydrogen-oxygen diffusion flame in vertical or horizontal gradient of magnetic field, Combustion Science and Technology, 174(9) (2002) 149 - 164.
[17] J. Baker, K. Saito, Magnetocombustion: a thermodynamic analysis, Journal of Propulsion and Power, 16(2) (2000) 263-268.
[18] A. Gupta, J. Baker, Uniform magnetic fields and equilibrium flame temperatures, Journal of thermophysics and heat transfer, 21(3) (2007) 520-524.
[19] R.E. Rosensweig, Ferrohydrodynamics, Courier Corporation, 2013.
[20] S. Gordon, B.J. McBride, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium
Compositions, Rocket Performance, Incident and Reflected Shocks, and Chapman-Jouguet Detonations. Interim Revision, March 1976, (1976).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 2
خرداد و تیر 1397
صفحه 337-346

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار