بررسی تاثیروجود مواد متخلخل میکرو محفظه احتراق بر راندمان تابشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

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

3 استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش دستگاه معادلات ناویر- استوکس واکنشی به منظور شبیه‌سازی عوامل مؤثر بر راندمان تابشی میکرو برنر بصورت دوبعدی حل شده است. می‌توان نسبت هم‌ارزی مخلوط ورودی، جنس محفظه و همچنین وجود ماده متخلخل را از مهمترین عوامل تأثیر گذار بر راندمان تابشی میکرو برنر نام برد که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته‌اند. بر اساس نتایج این پژوهش، استفاده از مواد متخلخل درون محفظه‌ی احتراق، راندمان تابشی محفظه را از طریق افزایش دمای متوسط دیواره‌ی خارجی افزایش می‌دهد. همچنین وجود ماده‌ی متخلخل علاوه بر تغییر محل تشکیل شعله، همزمان با افزایش دمای دیواره‌ی خارجی، دمای داخل محفظه‌ی احتراق را کاهش می‌دهد. علاوه بر این در بحث تأثیر نسبت هم‌ارزی مخلوط ورودی مشاهده شد، حداکثر راندمان تابشی محفظه در مخلوط هیدورژن و هوا، در مخلوط رقیق از سوخت حاصل می‌شود. در بخش دیگر تأثیر جنس دیواره‌ی محفظه‌ی احتراق بر راندمان تابشی مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، برای حصول حداکثر راندمان تابشی، انتخاب جنس مناسب برای محفظه بسیار حائز اهمیت می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Weinberg F.J., Combustion temperatures: the future?. Nature Vol. 233, PP. 239–241, 1971 .
[2]  Takeno T., Sato K., An excess enthalpy flame theory. Combust. Sci. Technol. Vol. 20, PP. 73–84, 1979.
[3]  Ju Y and Maruta. K., Microscale combustion: Technology development and fundamental research. Prog. Energy Combust. Sci. Vol. 37, No. 6, pp. 669–715, Dec. 2011.
[4]  Jun Li, Yuantao Wang, Junrui Shi, Xueling Liu, Dynamic behaviors of premixed hydrogen–air flames in a planar micro-combustor filled with porous medium. Prog. Energy Combust. Sci., Vol. 37, No. 6, pp. 669–715, Dec. 2011.
[5]  Hongmin Wang, Chunzhi Wei, Pinghui Zhao, Taohong Ye, Experimental study on temperature variation in a porous inert media burner for premixed methane air combustion. Prog. Energy Combust. Sci. Vol. 37, No. 6, pp. 669–715, Dec. 2011.
[6]  Pan J. F., Wu D., Liu Y. X., Zhang H. F., Tang A. K., Xue H., Hydrogen/oxygen premixed combustion characteristics in micro porous media combustor. Energy Procedia. Vol. 61, PP. 1279 – 1285, 2014.
[7]  Li J., Chou S.K., Li Z.W., Yang W. M., potential heat source for the micro-thermo photovoltaic (TPV) system. Chemical Engineering Science. Vol. 64, PP.3282 – 3289, 2009.
[8]  Valerio Giovannoni, Rajnish N. Sharma, Robert R. Raine., Premixed combustion of methane–air mixture stabilized over porous medium: A 2D numerical study. Chemical Engineering Science, Volume. Vol. 152, PP. 591-605, 2016.
[9]  Chou S. K., Yang W. M., Li J., Li Z. W., Porous media combustion for micro thermophotovoltaic system applications., Applied Energy. Vol. 87, PP. 2862–2867, 2010.
[10]           Daoguan Ning., Yi Liu., Ying Xiang., Aiwu Fan., Experimental investigation on non-premixed methane/air combustion in Y-shaped meso-scale combustors with/without fibrous porous media., Energy Conversion and Management. Vol. 138,PP. 22–29, 2017.
[11]             Yuqing Wang., Hongyu Zeng., Yixiang Shi., Tianyu Cao., Ningsheng Cai., Xiaofeng Ye., Shaorong Wang., Power and heat co-generation by micro-tubular flame fuel cell on a porous media burner., Energy. Vol. 109, PP.117e123, 2016.
[12]             Yuqing Wang., Yixiang Shi., Tianyu Cao., Hongyu Zeng., Ningsheng Cai., Xiaofeng Ye., Shaorong Wang., A flame fuel cell stack powered by a porous media combustor., international journal of hydrogen energy. PP. 1-5, 2017.
[13]             Li J., Li S. K. J., Chou S. K., Li Z. W. and Yang W. M., Characterization of Wall Temperature and Radiation Power Through Cylindrical Dump Micro-Combustors. Combustion and Flame., Vol. 156, pp. 1587-1593, 2009.
[14]             Baigmohammadi M., Tabejamaat S., Zarvandi J., Numerical Study of The Behavior of Methane-Hydrogen/Air Pre-Mixed Flame in a Micro Reactor Equipped with Catalytic Segmented Bluff Body. Energy, Vol. 85, pp. 117-144, 2015.
[15]             Baigmohammadi M., Tabejamaat S., Kashir B., Numerical Study on The Effects of Hydrogen Addition Levels, Wall Thermal Conductivity and Inlet Velocity on Methane/Air Pre-Mixed Flame in a Micro Reactor. Energy Equipment and Systems., Vol. 2, Vo. 2, pp. 117-144, 2015.
[16]             Baigmohammadi M., Sadeghi S., Tabejamaat S. and  Zarvandi J., Numerical Study of The Effects of Wire Insertion on CH4 (Methane)/AIR Pre-Mixed Flame in a Micro Combustor. Energy, Vol. 54, pp. 271-284, 2012.
[17]             Wan J., Fan A., Maruta K., Yao H. and Liu W., Experimental and Numerical Investigation on Combustion Characteristics of Premixed Hydrogen/Air Flame in a Micro-Combustor With a Bluff Body. International Journal of Hydrogen Energy., Vol. 37, pp. 19190-19197, 2012.
[18]             Yang W. M., Chou S. K., Shu C., Li Z. W. and Xue H., Combustion in Micro-Cylindrical Combustors with and Without a Backward Facing Step. Applied Thermal Engineering, Vol. 22, pp. 1777-1787, 2002.
[19]             Jianlong Wan., Aiwu Fan., Hong Yao., Wei Liu., Exprimental Investigation and Nuerical Analysis on the Blow-off Limits Of Premixed Ch4/Air Flames In A Mesoscale Bluff-Body. Energy. Vol. 113, PP. 193-203, 2016.
[20]             Juntian Niu., Jingyu Ran., Liya Li., Xuesen Du., Ruirui Wang., Mingchu Ran., effect of trapezoidal bluff bodies on blow out limit of methan/air combustion in a micro chanel. Applied Thermal Engineering, Vol. 95, PP. 454–461, 2016.
[21]             Li Zhang., Junchen Zhu., Yunfei Yan., Hongliang Guo., Zhongqing Yang., numerical investigation on the combustion charactetiristic of methan/air in a micro-combustor with a hollow hemispherical bluff body, Energy Conversion and Management. Vol.94,PP. 293–299, 2015.
[22]             Seyed Ehsan Hosseini., Mazlan Abdul Wahid., Investigation of bluff-body micro-flameless combustion. Applied Energy Conversion and Management. Vol. 88, PP. 120–128, 2014.
[23]             Ghobad Bagheri., Seyed Ehsan Hosseini., Mazlan Abdul Wahid., Effects of bluff body shape on the flame stability in premixed micro-combustion of hydrogene/air mixture. Applied Thermal Engineering. Vol. 67, PP. 266-272, 2014. 
[24]             Alipoor A., Mazaheri K., shamounipour A., Dynamic of Lean Hydrogen/Air Flame Regims in Micro Scale Combustion. Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 3, pp. 94-102, 2014. (in persian)
[25]             Alipoor A., Mazaheri K., Faramarzpour H., Numerical Study of Asymetric Flame in Micro Scale Combustion. AERO2013-18375.  (in persian)
[26]             Tsai C. H., The Asymmetric Behavior of steady laminar flame propagation in ducts. Combustion Science and Technology, Vol. 180, No. 3, pp. 533–545, Jan. 2008.
[27]             Pizza G., Frouzakis C. E., Mantzaras j., Tomboulides J. A. G. and Boulouchos K., three dimensional simulation of premixed hydrogen /air flamesin micro tubes. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 658, pp. 463–491, Aug. 2010.
[28]             Atashafrooz M., Gandjalikhan Nassab S. A. and Lari K., Coupled thermal radiation and mixed convection step flow of non-gray gas. Journal of Heat Transfer (ASME), Vol. 138, No.7, 072701, 2016.
[29]             Cao J. H. L. and Xu J. L., Thermal Performance of A Micro-Combustor for Micro-Gas Turbine System. Energy Conversion and Management, Vol. 48, pp. 1569-1578, 2007
[30]             Fluent Inc., “FLUENT 6.3 User's Guide,” Centerra Resource Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, NH 03766, 2006.
[31]             Edwards R.V., A new look at porous media fluid mechanics Darcy to turbulent. Fundamentals of Transport Phenomena in Porous Media. Vol. 82 of the series NATO ASI Series, pp. 199-256, 1984.
[32]             jun Li., Qingqing Li., Junrui Shi., Xueling Liu., Zhaoli Guo., Numerical Study on Heat Recirculation In A Porous Micro- Combustor. Combustion and Flame, Vol. 171, PP. 152–161, 2016.