مطالعه آزمایشگاهی اثر نسبت های مختلف احتراق همزمان گازوئیل-گاز طبیعی بر ویژگی های ظاهری و انتقال حرارتی شعله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی گناباد، گناباد، ایران

چکیده

در مشعل­های گازسوز صنعتی به دلیل وجود دماهای بالا انتقال گرمای تابشی مهم­ترین مکانیزم انتقال گرما از شعله بوده و سهم قابل توجهی از صدور حرارت باید توسط این روش صورت گیرد. این در حالی است که مشعل­های گازسوز به رغم استفاده فراوان در صنعت راندمان حرارتی مناسبی نداشته و این امر مشکلات اقتصادی و کیفی متعددی را ایجاد نموده است. در تحقیق حاضر تاثیر احتراق همزمان (هم سوزی) نسبت­های مختلف گازوئیل-گاز بر خصوصیات ظاهری و انتقال حرارتی شعله گاز طبیعی بررسی شده است. برای تعیین خصوصیات ظاهری شعله از روش تصویربرداری و پردازش تصویر بهره­گیری شده است. همچنین تابش درخشانی شعله توسط نورسنج خورشیدی و تابش کلی آن توسط یک ترموپیل اندازه­گیری شده است. با توجه به نقش مهم ذرات دوده در انتقال گرمای تابشی، از تلفیق خاصیت نورتابی شیمیایی زرد و قرمز ذرات دوده با روش تصویربرداری مادون قرمز، امکان تعیین توزیع کیفی ذرات دوده در درون شعله فراهم شده است. همچنین خصوصیات تابش طیفی ذرات دوده توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر BOMEM FTIR تعیین شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهد که هم سوزی قطرات گازوئیل در شعله گاز طبیعی، ضمن حذف ناحیه تمرکز دما بالای شعله از ابتدای مشعل، باعث ایجاد شعله­ای حجیم و با توزیع دمای یکنواخت و نیز بهبود انتقال گرمای تابشی شعله و راندمان حرارتی آن خواهد گردید؛ به‌طوری که با افزایش نسبت هم سوزی از 0 تا 35%، دمای متوسط شعله از735 K  به 1088 K افزایش یافته و انتقال گرمای تابشی و راندمان حرارتی شعله نسبت به حالت بدون تزریق با ضرایب به ترتیب 2.35 و 1.55 افزایش خواهد یافت. این در حالی است که غلظت آلاینده های منوکسید کربن و ناکس نیز از حد استاندارد تجاوز نخواهد کرد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Bulter B. W., Denison M. K., Webb B. W., Radiation heat transfer in a laboratory scale pulverized coal fired reactor, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 9, pp. 69-79, 1994.
[2] Frank J. H., Barlow R. S., Lundquist C., Radiation and  nitric oxide formation in turbulent non-premixed jet flames, Proceedings of  the Combustion Institute, Vol. 28, pp. 447-454, 2000.
[3]  Watanabe H., Suwa Y., Matsushita Y., Morozumi Y., Aoki H., Tanno S., Miura T., Spray combustion simulation including soot and NO formation, Energy Coversion and Management, Vol. 48, pp. 2077-2089, 2007.
[4]  Incropera F. P., Dewitt D. P., Bergman T. L., Lavine A. S., Introduction to Heat Transfer, Fifth Edittion, pp. 400-496, New York: Wiley, 2006.
[5]  Khatami R., Levendis Y. A., On the deduction of single coal Particle combustion temperature from three color optical pyrometry, Combustion and Flame, Vol. 158, pp. 1822-1836, 2011.
[6]  Snelling D. R., Thomson K. A., Smallwood G. J., Gulder O. L., Weckman E. J., Fraser R. A., Spectrally resolved measurement of flame radiation to determine soot temperature and concentration, AIAA Journal, Vol. 40, pp. 1789-1795, 2002.
[7]  Baek S. W., Kim J. J., Kim H. S., Kang S. H., Effects of addition of solid particles on thermal characteristics in hydrogen-air flame, Combustion Science and Technology, Vol. 174, No. 8, pp. 99-116, 2002.
[8]  Hunty W. P., Lee G. K., Improved radiative heat transfer from hydrogen flames, J. Hydrogen Energy, Vol. 16, No. 1, pp. 47-53, 1991.
[9]  Saji C. B., Balaji C., Sundararajan T., Investigation of soot transport and radiative heat transfer in an ethylene jet diffusion flame, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 51, pp. 4287-4299, 2008.
[10]        Paul S. C., Paul M. C., Radiative heat transfer during turbulent combustion process, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, pp. 1-6, 2010.
[11]         Kakaee A. H., Rahnama P., Paykani A., Influence of fuel composition on combustion and emissions characteristics of natural gas/diesel RCCI engine, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 25, pp. 58-65, 2015.
[12] Javadi S. M., Moghiman M., Experimental study of natural gas temperature effects on the flame luminosity and NO emission in a 120 kW boiler, Fuel and Combustion Journal, Vol. 4, pp. 87-95, 2011.
[13]         Pourhoseini S. H., Moghiman M., Effect of pulverized anthracite coal particles injection on thermal and radiative characteristics of natural gas flame: an experimental study, Fuel, vol. 140, pp. 44–49, 2015.
[14]         Heat capacity of liquid water from 0 to 100 C. www. vaxasoftware. com, 2016.
[15]         Pourhoseini S. H., Saeedi A., Moghiman M., Experimental and numerical study on the effect of soot injection on Nox reduction and radiation enhancement in a natuarl gas turbulent flame, Arabian Journal for Science and Engineering., Vol. 38, pp. 69-75, 2013.
[16]         Augustine C., Tester J. W., Hydrothermal flames: from phenomenological experimental demonstrations to quantitive understanding, The  Journal of Supercritical Fluids, Vol. 47, pp. 415-430, 2009.
[17]         Madadi V., Tavakoli T., Rahimi A., First and second thermodynamic law analyses applied to a solar dish collector, Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics, Vol. 39, pp. 183-197, 2014.
[18]         Murali G., Mayilsamy K., Arjunan T. V., An experimental study of PCM-incorporated thermosyphon solar water heating system, International Journal of Green Energy, Vol. 12, pp. 978-986, 2015.
[19]         Augustine C., Tester J. W., Hydrothermal flames: from phenomenological experimental demonstrations to quantitive understanding, The  Journal of Supercritical Fluids, Vol. 47, pp. 415-430, 2009.
[20] Gruenberger­­T. M., Moghiman M., Bowen P. J., Syred N., Dynamic of soot formation by turbulent combustion and thermal decomposition of natural gas, Journal of Combustion Science and Technology, Vol. 174, pp. 67-86, 2002.