مطالعه تجربی و عددی اثر رقیق سازی و پیش گرم بر احتراق شعله نفوذی

در پروژه حاضر به مطالعه تجربی و عددی اثر رقیق سازی و پیش گرم اکسیژن بر ساختار شعله نفوذی پروپان و گاز طبیعی پرداخته شده است. قسمت تجربی به دوبخش مجزا تقسیم شده است. بخش اول به مطالعه اثر رقیق سازی و پیش گرم اکسیدکننده اکسیژن روس ساختار شعله نفوذی آرام گاز طبیعی و پروپان پرداخته شده است. در این قسمت مشاهده شد که رقیق سازی سبب کاهش درجه حرارت ماگزیمم شعله و کاهش پایداری و در نهایت برخاستگی و فرار شعله میشود. پیش گرم کردن جریان اکسیدکننده همراه با رقیق سازی همزمان آن با گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن سبب پایداری بیشتر نسبت به فرآیند رقیق سازی میشود. پیش گرم جریان اکسیدکننده سبب بالاتر رفتن ماکزیمم درجه حرارت شعله نیز میشود. در بخش دوم به مطالعه تجربی روی ساختار شعله دیفیوژن در جریان گذار و توربولنت پرداخته شده است. مشاهده شد که با افزایش عدد رینولدز سوخت در امتداد شعله آرام یک نقطه گذار مشاهده میشود که در پایین دست آن، شعله وارد فاز توربولنت میشود. در نقطه گذار به علت بالا رفتن ناگهانی نرخ انتقال جرم و حرارت منطقه واکنش گسترش ناگهانی دارد. با افزایش عدد رینولدز جریان سوخت، به مرور نقطه گذار به سمت نازل سوخت نزدیک میشود. تا اینکه سرانجام به نقطه ای میرسد که دیگر افزایش عدد رینولدز جریان سوخت تاثیری روی مکان نقطه گذار ندارد. در آزمایشات در محدوده جریان گذرا و توربولنت دو حد مجزای پایداری مشاهده شد. اولین مورد جدایش شعله است که بسیار آشنا است. مورد دوم، خاموشی قسمت توربولنت شعله در نقطه گذار از جریان آرام به توربولنت است. در قسمت عددی هم بوسیله یک کد عددی آزمایشات شعله آرام گاز طبیعی مدل شده است. در درصدهای پایین رقیق سازی انطباق خوبی بین نتایج حاصل از کار عددی با نتایج تجربی ملاحظه میشود. با افزایش درصد رقیق سازی نتایج عددی از کار تجربی فاصله میگیرد که این مورد به علت استفاده از مکانیزم کلی برای احتراق متان است که بدلیل نادیده انگاشتن تولید و مصرف اجرای میانی در احتراق سبب انحراف از نتایج تجربی میشود. ثابت در نظر گرفتن ضریب نفوذ جرمی مخلوط هم عامل دیگری است که در درصدهای بالای رقیق سازی سبب انحراف از نتایج تجربی میشود.