بررسی تحلیلی تأثیرات رژیم جریان بر مخلوط متان-هوای جاری‌شده درون ریزمحفظه با سطح کاتالیزی پلاتینیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

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

چکیده

در این کار به بررسی تحلیلی دو اثر انتقال گرما و جرمی مخلوط واکنشی غیرهمگن کاتالیزی در یک ریز محفظه با در نظر­گرفتن تأثیرات رژیم جریان پرداخته شده­است. اهمیت ویژه کار حاضر پیدا کردن عدد نادسن منتخب و بررسی تأثیرات ضرایب پرش جرمی و گرمایی بر مسئله حاضر است. معادلات حاکم شامل معادله انرژی، کسر مولی و مصرف کاتالیزی می­باشد و تأثیرات رژیم جریان از طریق شرایط مرزی به این معادلات وارد می­شود. نتایج مدل در  سه مقدار مختلف عدد نادسن با مقادیر گزارش­شده آزمایشگاهی مقایسه ­شده­­اند. برای عدد نادسن 1/0 حداکثر خطای 54/7 درصد نسبت به داده­های آزمایشگاهی وجود دارد اما برای اعداد نادسن 01/0 و 001/0 میزان خطا به 4/35 درصد افزایش می­یابد. بنابراین عدد نادسن منتخب برای ریزمحفظه کاتالیزی برابر با 1/0 می­باشد. بیشترین افزایش مصرف سوخت با افزایش عدد نادسن در اعداد رینولدز پایین­ رخ داده و میزان این افزایش 2/35 درصد می­باشد. همچنین تغییرات نرخ افزایشی مصرف سوخت و کسر مولی سطحی با افزایش عدد نادسن تقریبا با یکدیگر برابر بوده که این امر به دلیل واردشدن سیال از رژیم پیوسته به رژیم لغزش است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Kaisare N. S., and Vlachos D. G., A Review on Micro-Combustion: Fundamentals, Devices and Applications. Progress in Energy and Combustion Science, Vol.38, No.3, pp.321–359, 2012.
[2]     Li J., Chou S.K., Li Z.W. and Yang W.M., Development of 1D model for the analysis of heat transport in cylindrical micro combustors. Applied Thermal Engineering, Vol.29, No.8, pp.1854-1863, 2009.
[3]     Veeragaven A., Heat transfer analysis for improved in-situ infrared temperature dagnostics in microcombustors, MSc. Thesis, University of Maryland, 2006.
[4]     Qu W. and Mudwar I., Analysis of three-dimensional heat transfer in micro-channel heat sinks. International journal of Heat and mass Transfer, Vol.45, No.19, pp.3973-3985, 2002.
[5]      Esfahani J.A. and Fanaee S. A., Analytical Modeling of Hydrogen–Air Mixture in a Catalytic Microchannel. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.22, pp. 274-280, 2015.
[6]     Fanaee S. A. and Esfahani J. A., The analytical modeling of propane-oxygen mixture at catalytic micro-channel, Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1365-1373, 2014.
[7]     Pan J., Zhang R., Lu Q., Zha Z. and Bani S., Experimental study on premixed methane-air catalytic combustion in rectangular micro channel , Applied Thermal Engineering, Vol 117, pp. 1-7, 2017.
[8]     Morini G.L., Spiga M., Tartarini P., The rarefaction effect on the friction of gas flow in micro/nano channels. Super lattices and Microstructures, Vol.35, No.3, pp.587-599, 2004.
[9]     Ebert W.A. and Sparrow E. M., Slip flow in rectangular and annular ducts. Journal of Basic Engineering, Vol.87, No.4, pp.1018-1024, 1965.
[10]    Cetin B., Yuncu H. and Kackac S., Gaseous Flow in Microconduits with viscous dissipation.International Journal of Transport Phenomena, Vol.8, No.4, pp.297-315, 2006.
[11] Hettiarachchi H.D., Golubovic M., Worek W.M. and Minkowycz W. J., Three-dimensional laminar slip-flow and heat transfer in a rectangular microchannel with constant wall temperature. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.21, No.51, pp.5088-5096, 2008.
[12] Colin S., Gas Microflows in the Slip Flow Regime: A Critical Review on Convective Heat Transfer. Journal of Heat Transfer, Vol.134, No.2, pp.1-13, 2012.
[13] Hayes R.E. and Kolaczkowski S.T., Introduction to Catalysis Combustion. Gordan and Breach, New York, 1997.
[14] Appel C., Mantzaras J., Schaeren R., Bombach R. and Inauen A., Catalytic Combustion of Hydrogen–Air Mixtures over Platinum: Validation of Hetero/Homogeneous Chemical Reaction Schemes. Clean Air, Vol.5, No.1, pp. 21–44, 2004.
[15] Wang Y., Zhou Z., Yang W., Zhou J., Liu J., Wang Z. and Cen K., Combustion of hydrogen-air in micro combustors with catalytic Pt layer, Energy Conversion and Management, Vol.51, pp.1127-1133, 2010.
[16] Deshmukh S., and Vlachos D., A reduced mechanism for methane and one-step rate expressions for fuel-lean catalytic combustion of small alkanes on noble metals, Combustion and Flame, Vol. 149, No. 4, pp. 366-383, 2007.