کمینه سازی تولید آلاینده ها در کنار بیشینه سازی تابش از یک شعله گاز طبیعی با هوای مرحله ای شده

مرحله ای نمودن هوا به تأمین ناکافی هوا به ناحیه ی واکنشی از طریق مرحله ی ابتدایی، و تکمیل تأمین هوا از طریق مرحله یا مراحل بعدی اطلاق می گردد. مطالعه ی حاضر با استفاده از ابزار مدلسازی عددی، به بهینه سازی سیستم هوای مرحله ای یک مشعل با دو ورودی هوا و یک ورودی سوخت (گاز طبیعی) می پردازد. نسبت هم ارزی هوای اول (با فرض ثابت ماندن نرخ جرمی کل هوای ورودی)، و فاصله ی میان ورودی های هوا به عنوان متغیرهای طراحی مساله در نظر گرفته شده اند. در تحقیقات پیشین، تکنولوژی مرحله ای نمودن هوا اساساً در جهت کاهش گسیل اکسیدنیتروژن به کار گرفته شده است. اما در مطالعه ی حاضر، علاوه بر گسیل اکسیدنیتروژن، گسیل مونواکسیدکربن و دوده، و انتقال گرمای تابشی از شعله به عنوان توابع هدف مورد توجه واقع شده اند. نتایج نشان می دهد که افزایش میزان مرحله ای کردن (یا افزایش نسبت هم ارزی هوای اول) اثرات متضادی بر توابع هدف دارد، بطوریکه، به عنوان اثرات مثبت، موجب افزایش انتقال گرمای تابشی از شعله و کاهش گسیل اکسید نیتروژن، و به عنوان اثرات منفی، موجب افزایش گسیل مونواکسیدکربن و دوده می شود. همچنین نتایج نشان می دهد زمانی که همگی توابع هدف نامبرده شده به صورت همزمان مورد توجه قرار گیرند، حالت بهینه، که بر اساس مفهوم جبهه ی پارتو انتخاب می گردد، حالتی است که در آن هوای اولیه در حدود 20 درصد هوای تئوری مورد نیاز باشد.