مطالعه‌ی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی تأثیر افزودن محصولات احتراق ناقص و متان بر شعله‌ی متان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قائن، ایران

4 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

یکی از راه‌های افزایش راندمان و کاهش آلاینده‌ها در احتراق، تزریق افزودنی‌ها از جمله محصولات احتراق یا گونه‌های خاص به شعله است. در این مقاله اثر افزودن محصولات احتراق ناقص و متان به شعله بر روی دما، تابش و انتشار آلاینده‌ها به روش تجربی و شبیه‌سازی عددی بررسی شده است. استخراج نتایج تجربی با طراحی و ساخت یک کوره‌ی فرعی برای تولید محصولات احتراق ناقص و یک کوره‌ی اصلی برای انجام احتراق صورت پذیرفت. شبیه‌سازی عددی نیز با استفاده از نرم‌افزار   Ansys Fluentانجام شد. مقایسه‌ی نتایج شبیه‌سازی عددی و آزمایشگاهی تطابق نسبتاً خوبی را نشان می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که میانگین حداکثر دما در حالت تزریق همزمان محصولات احتراق ناقص و متان از حالت تزریق به تنهایی هرکدام بیشتر است. تزریق افزودنی به شعله باعث گردید که رنگ شعله از آبی به زرد تغییر کند که موجب افزایش انتقال گرمای تابشی می‌شود. همچنین تزریق افزودنی تا 5 درصد، باعث افزایش انتشار NOx و پس از آن با افزایش تزریق تا 15 درصد، باعث کاهش انتشار NOx گردید. بیشترین میزان دوده در حالت افزودن محصولات احتراق ناقص و متان به شعله‌ رخ می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Shi B, Hu J, Peng H and Ishizaka S. Effects of internal flue gas recirculation rate on the NOx emission in a methane/air premixed flame. Combust Flame. 2018;188:199–211.
  • جوادی س م و مقیمان م. اندازه‌گیری آزمایشگاهی اثر افزایش دمای سوخت گاز طبیعی بر درخشندگی شعله و انتشار آلاینده NO در یک دیگ 120 کیلوواتی. نشریه علمی-پژوهشی سوخت و احتراق. 1390؛4(1).
  • Fordoei E, Ebrahimi K, Mazaheri K and Mohammadpour A. Numerical study on the heat transfer characteristics, flame structure, and pollutants emission in the MILD methane-air, oxygen-enriched and oxy-methane combustion. Energy. 2021;218:119524.
  • Duva BC, Chance LE and Toulson E. Dilution effect of different combustion residuals on laminar burning velocities and burned gas Markstein lengths of premixed methane/air mixtures at elevated temperature. Fuel. 2020;267:117153.
  • Si J, Wang G, Shu Z, Liu X, Wu M, Zhu R and Mi J. Experimental and numerical study on moderate or intense low-oxygen dilution oxy-combustion of methane in a laboratory-scale furnace under N2, CO2, and H2O dilutions. Energy Fuels. 2021;35(15):12403–12415.
  • Cecere D, Carpenella S, Giacomazzi E, Stagni A and Di Nardo A, Calchetti G. Effects of hydrogen blending and exhaust gas recirculation on NOx emissions in laminar and turbulent CH4/Air flames at 25 bar. International journal of hydrogen energy. 2024 Jan 2;49:1205-22.
  • Chu C, Scialabba G, Liu P, Serrano-Bayona R, Aydin FY and Pitsch H, Roberts WL. Effects of Ammonia Substitution in the Fuel Stream and Exhaust Gas Recirculation on Extinction Limits of Non-premixed Methane– and Ethylene–Air Counterflow Flames. Energy & Fuels. 2023;37(18):14393-403.
  • Abuelnour MA, Said MF and Abuelnuor AAA. Numerical investigation of hydrogen-diesel dual fuel engine: Combustion and emissions characteristics under varying hydrogen concentration and exhaust gas recirculation. Fuel. 2024;377:132794.
  • Shu J, Fu J, Yang W, Huang J, He T and Liu J. Experimental and computational study on the effects of exhaust gas recirculation on thermodynamics, combustion and emission characteristics of a diesel pilot ignition natural gas engine. Sustainable Energy & Fuels. 2024;8(16):3630-44.
  • Farrokhi FY, Piscopo A, Pappa A and Parente A, De Paepe W. Emissions and Flame Stability Assessment of Hydrogen Addition and Air Dilution in a Microgas Turbine Combustor Using Zero-Dimensional/One-Dimensional Modeling by Chemical Reactor Network. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2025 Jul 1;147(7):071002.
  • Wang Z, Zhao H, Liu M, Song M, Fan L and Feng L. Study on the effect and mechanism of EGR on methane/hydrogen pre-ignition caused by cylinder lubricating oil auto-ignition. Applied Thermal Engineering. 2025 Jan 15;259:124965.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 56، شماره 2 - شماره پیاپی 115
در حال تکمیل
تیر 1405
صفحه 93-103

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار