شبیه‌سازی احتراق MILD میکرو ذرات زغال‌سنگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در کار حاضر احتراق MILD ذرات پودرشده زغال‌سنگ توسط مجموعه کد ‏متن‌باز OpenFOAM، به‌طور سه‌بعدی شبیه‌سازی شد. هدف از این کار، بررسی توانایی مدل احتراقی ‏واکنش‌گاه آمیخته‌ی جزئی برای مدل‌سازی احتراق MILD ذرات زغال‌سنگ است. این مدل دارای قابلیت احتراق آهنگ محدود است. مطابق مطالعات انجام‌شده، این امر تاکنون گزارش نشده است. ‏این مطالعه عددی با معیار نتایج آزمایشگاهی محفظه احتراق ‏‎ IFRFانجام می‌شود و معادلات بقا به‌طور همزمان حل می‌گردند؛ اثرات ‏تقابل‎ ‎فازها با رویکرد اویلر-لاگرانژ، برهم‌کنش آشفتگی و احتراق در فاز گازی با روش واکنش‌گاه آمیخته‌ی جزئی، ‏تولید و مصرف گونه‌ها توسط سینتیک کلی 4 مرحله‌ای ‏جونز و لیندستد محاسبه می‌شوند. نتایج نشان ‏داد که ترکیب مدل‌های فوق، خصوصاً مدل واکنش‌گاه آمیخته‌ی جزئی‏، توانایی خوبی در تخمین سرعت، دما و گونه‌ها در شرایط احتراق MILD ذرات زغال‌سنگ دارد. دقت دما بیشتر از گونه‌هاست، ‏سینتیک کلی می‌تواند یکی از علل آن باشد.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]‎ Vascellari M., et al., Numerical simulation of pulverized coal MILD combustion using a new ‎heterogeneous combustion submodel, Flow Turbul. Combust., Vol. 92, pp. 319–345, 2014.‎
‎[2]‎ Toporov D., Combustion of pulverised coal in a mixture of oxygen and recycled flue gas, Waltham: Elsevier, 2014.‎
‎[3]‎ Schaffel N., et al., Mathematical modeling of MILD combustion of pulverized coal, Comb. Flame, Vol. ‎‎156, No. 9, pp. 1771–1784, 2009.‎
‎[4] ملکی‎ ‎آ. و‎ ‎آگاه ا.، بررسی وضعیت زغال سنگ ایران نسبت به جهان، دومین کنگره ملی ذغال سنگ ایران، کرمان، ایران، 2014‏‎.‎
‎[5]‎ Weber R., et al., On the (MILD) combustion of gaseous, liquid, and solid fuels in high temperature preheated ‎air, Proc. Combust. Inst., Vol. 30, No. 2, pp. 2623–2629, 2005.‎
‎[6]‎ Tsuji H. et. al, High temperature air combustion From Energy Conservation topollution reduction, CRC, 2003.‎
‎[7]‎ Katsuki M. et. al, The science and technology of combustion in highly preheated air, Symposium on combustion, Vol. 27, No. 2, pp. 3135–3146, ‎‎1998.‎
‎[8]‎ Kim J. et al., Numerical modelling of MILD combustion for coal, Prog. Comput. Fluid Dyn., Vol. 7, No. 6, 2007.‎
‎[9]‎ Zhang H. et al., Development of high temperature air combustion technology in pulverized fossil fuel fired boilers, Proc. Combust. Inst., Vol. 31, No. 2, pp. 2779–2785, 2007.‎
[10]‎‏ مردانی ا.، اثر دینامیک جریان و مکانیزم شیمیایی بر شعله در رژیم احتراقیHiTAC، ‎رساله دکتری، دانشگاه امیرکبیر، 1389‏‎.‎
‎[11]‎ Galletti C. et. al, Numerical and experimental investigation of a mild combustion burner, Comb. Flame, Vol. 151, pp. 649–664, 2007.‎
‎[12]‎ Orsino S. et. al, Excess enthalpy combustion of coal, IFRF Doc, No. F46/y/3, 2000.‎
‎[13]‎ Cavaliere A. et al., Mild combustion, Prog. Energy Combust. Sci., Vol. 30, No. 4, pp. 329–366, 2004.‎
‎[14]‎ Lockwood F., Simulation of pulverised coal test furnace performance, Fuel, Vol. 77, No. 12, ‎pp. 1329–1337, 1998.‎
‎[15]‎ Stadler H., Experimental and numerical investigation of flameless pulverised coal combustion, PhD thesis, ‎RWTH Aachen University, 2010.‎
‎[16]‎ Vascellari M. et. al, Influence of turbulence-chemical interaction on CFD pulverized coal MILD combustion ‎modeling, Fuel, Vol. 101, pp. 90–101, 2012.‎
‎[17]‎ Mei Z. et. al, Influences of reactant injection velocities on moderate or intense low-oxygen ‎dilution coal combustion, Energy & Fuels, Vol. 28, No. 1, pp. 369–384, 2013.‎
‎[18]‎ Weidmann M. et al., Experimental characterization of pulverized coal MILD flameless combustion from detailed ‎measurements in a pilot-scale facility, Comb. Flame, Vol. 168, pp. 365–377, 2016.‎
‎[19]‎ Iavarone S. et al., An a priori assessment of the Partially Stirred Reactor (PaSR) model for MILD combustion, Proceedings of the Combustion Institute, pp. 1-12, 2020.
‎[20]‎ Christ D., The effect of char kinetics on the combustion of pulverized coal under oxyfuel conditions, PhD Thesis, RWTH ‎Aachen University, 2013.‎
‎[21]‎ Zhao X., Transported PDF modeling of pulverized coal jet flames, Comb. Flame, Vol. 161, No. 7, pp. ‎‎1866–1882, 2014.‎
‎[22]‎ Ku X. et al., Eulerian−lagrangian simulation of biomass gasification behavior in a high-temperature ‎entrained-flow ‎reactor, Energy and Fuels, Vol. 28, pp. 5184−5196, 2014.‎
[23] Versteeg H., Malalasekera W., An introduction to computational fluid dynamics, England: Pearson, 2007.‎
‎[24] جلالیان ا. و‎ مظاهری ک.، مقایسه اثرات چند سینتیک شیمیایی کلی بر شبیه‌سازی سه‌بعدی شعله برخاسته متان، مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 17، ش. 8، ص 105-116، 1396.
‎[25]‎ ANSYSInc, ANSYS fluent theory guide, release 17, USA, 2015.‎
‎[26]‎ Heikkinen J., Characterisation of supplementary fuels for co-combustion with pulverised coal, PhD Thesis, Delft ‎University of Technology, 2005.‎
[27] Modest M., Radiative heat transfer, 2nd ed. California: Academic Press, 2003.‎
[28]‎‏ جلالیان، ا.، مطالعه عددی اثر هندسه‌ی محفظه‌ی پیش‌گرمایش مشعل ‏PRP‏ ‏بر ‏آلاینده‎‌‎ی ‏NOx‏ در بویلر زغالسنگ، تربیت مدرس، 1397‏‎.‎
‎‎‎[29]‎ Bidi M. et al., Numerical analysis of methane–air combustion considering radiation effect, ‎Energy Convers. Manag., Vol. 49, No. 12, pp. 3634–3647, 2008.‎
‎[30] S. Workshop, Submodels radiation, Sandia National Laboratories, 2012.‎
‎[31]‎ Poinsot T. and D. Veynante, Theoretical and numerical combustion. Philadelphia: RT Edwards, 2005.
‎[32]‎ ‎ESI Group (OpenFOAM), OpenCFD Release OpenFOAM® v1612+, OpenCFD Ltd, 2016.
‎[33]‎ Magnussen B., Modeling of nox and soot formation by the eddy dissipation concept, International Flame Research Foundation First Topic, pp. 26–29, October 17-19‎, 1989.‎
[34] Chomiak J., et al., Flame liftoff in diesel sprays, Symposium on Combustion, Vol. 26, ‎No. 2, pp. 2557–2564, 1996.‎
[35] لاهیجانی م. و امامی س.، بررسی تاثیر تعداد حفره بر بازده احتراقی و ضریب بازیافت فشار سکون در محفظه احتراق مافوق صوت، نشریه علمی- پژوهشی سوخت و احتراق، س 13، ش 1، ص 98-117، 1399.
‎‎[36]‎ Nordin N., Complex Chemistry Modeling of Diesel Spray Combustion, PhD Thesis, Göteborg, CTH, 2001.‎
[37] Afarin Y. et al., The effect of fuel inlet turbulence intensity on H2/CH4 flame structure of mild combustion ‎using the LES method, Comb. Theory Model., Vol. 17, No.3, pp.1–28, 2012.‎
‎[38]‎ Yeoh G., Computational techniques for multiphase flows, Oxford: Butterworth-Heinemann, 2010.‎
[39]‎‏ ا. کاردگر، شبیه سازی احتراق سوخت های مشتق شده از زباله ها به منظور بررسی پارامترهای احتراقی آن‌ها، دانشگاه تربیت مدرس، 1391‏‎.‎
‎[40]‎ Badzioch S. et al., Kinetics of thermal decomposition of pulverized coal particles, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 9, No. 4, pp. 521–530, 1970.‎
‎[41]‎ Franchetti B. et al., Large eddy simulation of a pulverised coal jet flame, ‎Proc. Comb. Inst., Vol. 34, pp. 2419–2426, 2013.‎
‎[42]‎ Glassman I., Yetter R., Combustion, 4th ed. California: Elsevier Inc., 2008.‎
‎[43]‎ Choi C., Kim C., Numerical investigation on the flow, combustion and NOx emission characteristics in a 500 MWe ‎tangentially fired pulverized-coal boiler, Fuel, Vol. 88, No. 9, pp. 1720–1731, 2009.‎
‎[44]‎ Kuang M. et al., Numerical investigation on combustion and NOx emissions of a down-fired 350 ‎MWe utility boiler with multiple injection and multiple staging, Fuel Processing Technology, Vol. 109, pp. 32–42, 2013.‎
‎[45]‎ Smoot L., Pulverized coal diffusion flames: A perspective through modeling, Symp. Combust., Vol. 18, pp. 1185–‎‎1202, 1981.‎
‎[46]‎ Li Z. et al., Kinetic characteristics of pulverized coal combustion in the two-phase flow, Energy, ‎Vol. 55, pp. 585–593, 2013.‎
[47] Mancini M. et al., On mathematical modelling of flameless combustion, Comb. Flame, Vol.150, No.1–2, pp.54–59, 2007.‎
[48] Wang H., et al., Combustion kinetic model uncertainty quantification, propagation and minimization, Prog. Energy Combust. Sci., Vol. 47, pp. 1–31, 2015.‎