بررسی ترمودینامیک تعادلی اثر کار میدان مغناطیسی روی کسر مولی محصولات اصلی واکنش متان-هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

3 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

تاثیر میدان‏های مغناطیسی بر احتراق موضوع شناخته شده‏ای است. در حضور میدان مغناطیسی، گونه‏های پارامغناطیس سبب تغییر در سینتیک و رفتار تعادلی واکنش‏های شیمیایی احتراق می‏شود. با توجه به این واقعیت که اکسیدنیتروژن و اکسیژن گونه‏های پارامغناطیس و سایر گونه‏های احتراق و متان دارای رفتار دیامغناطیس هستند، اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت سبب تغییر در روند معمولی واکنش شیمیایی می‏گردد. در تحقیق حاضر بررسی عددی تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت بر واکنش یک مرحله‏ای احتراق متان با کمینه‏سازی انرژی آزاد گیبس انجام شده است. نتایج نشان می‏دهد اثر میدان مغناطیسی یکنواخت بر گونه‏های پارامغناطیس در مقایسه با سایر گونه‏ها قابل توجه است. واکنش احتراق متان با میدان مغناطیسی یکنواخت منجر به افزایش کسر مولی کربن منوکسید و کاهش کسر مولی کربن دی‌اکسید می‏گردد. همچنین نتایج حاکی است که می‏توان به کمک میدان مغناطیسی یکنواخت تولید آلاینده اکسیدنیتروژن را همزمان با افزایش دما کاهش داد به طوری که در محدوده احتراق واقعی آلاینده اکسید نیتروژن زیادی تولید می‏شود. افزایش میدان مغناطیسی یکنواخت از 06/0 به 08/0 باعث کاهش 2/88 درصدی کسر مولی این آلاینده می‏شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Saeedi A. and Moghiman M., Kerosene wick lamp flame deformation in gradient magnetic fields. Applied Physics Letters, Vol. 104, No. 11, pp. 114104, 2014.
2.  Ueno, S., Quenching of flames by magnetic fields. Journal of Applied Physics, Vol. 65, No. 3, pp. 1243-1245, 1989.
3.  Lide, D.R., CRC handbook of chemistry and physics CRC Press, 2009.
4.  Hayashi, H., 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, Vol. 87, No. 2, pp. 113-116, 1982.
5.  Hayashi, H., Recent studies of excited molecules and reaction intermediates. Scientific papers of the institute of physical and chemical research, Vol. 80, No. 3., pp. 87-101, 1986.
6.  Wakayama, N.I., I. Ogasawara, and H. Hayashi, The external magnetic field effect on the emission intensity of the Na D line in hydrogen—oxygen flames. Chemical Physics Letters, 1984. Vol. 105, No. 2, pp. 209-213, 1984.
7.  Kirdyashkin, A.I., Y.M. Maksimov, and A.G. Merzhanov, Effect of a magnetic field on the combustion of heterogeneous systems with condensed reaction products. Combustion, Explosion and Shock Waves, Vol. 22, No. 6, pp. 700-706, 1986.
8.  Ueno, S. and K. Harada, Experimental difficulties in observing the effects of magnetic fields on biological and chemical processes. Magnetics, IEEE Transactions, Vol. 22, No. 5, pp. 868-873, 1986.
9.  Aoki, T., Radicals' Emissions and Butane Diffusion Flames Exposed to Upward-Decreasing Magnetic Fields. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 28, No. 5R, pp. 776, 1989.
10.Yamashita, H., D. Djamrak, and T. Takaeno, Role of Elementary Reactions in Flame Structure and Unsteady Behavior of Two-Dimensional Fuel Jet Diffusion Flame. JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering, Vol. 42, No. 4, pp. 699-707, 1999.
11.Mizutani, Y., M. Fuchihata, and Y. Ohkura, Pre-mixed laminar flames in a uniform magnetic field. Combustion and Flame, Vol. 125, No. 1-2, pp. 1071-1073, 2001.
12.Yamada, E., et al., Numerical analysis of a hydrogen-oxygen diffusion flame in vertical or horizontal gradient of magnetic field. Combustion Science and Technology, Vol. 174, No. 9, pp. 149-164, 2002.
13.Baker, J. and K. Saito, Magnetocombustion: a thermodynamic analysis. Journal of Propulsion and Power, Vol. 16, No. 2, pp. 263-268, 2000.
14.Gupta, A. and J. Baker, Uniform magnetic fields and equilibrium flame temperatures. Journal of thermophysics and heat transfer, Vol. 21, No. 3, pp. 520-524, 2007.
15.Khaldi, F., K. Messadek, and A.M. Benselama, Isolation of gravity effects on diffusion flames by magnetic field. Microgravity Science and Technology,Vol.  22, No. 1, pp. 1-5, 2010.
16.Saeedi, A. and M. Moghiman, Influence of Gradient Magnetic Field on Quenching and Elongating Diffusion Flame. International Journal of Innovation in Science and Mathematics, Vol. 2, 2014.
17.Wu, W.-f., et al., Experimental Studies of Magnetic Effect on Methane Laminar CombustionCharacteristics. Combustion Science and Technology, Vol. 188, No. 3, pp. 472-480, 2016.
18.Rosensweig, R.E., Ferrohydrodynamics. Courier Corporation, 2013.
19.Gordon, S. and 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.
20.Weast, R.C., CRC handbook of chemistry and physics. 1986.