در این مطالعه، تابش خروجی از مشعل متخلخل سرامیکی از جنس sic بهصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این مطالعه از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده شده است. بررسی انجام شده به صورت مطالعه ی تأثیر نسبت هم ارزی و نرخ آتش بر نمودارهای دمایی (دمای سطوح مبنا و جانبی) و بازده تابشی می باشد. برای اندازه گیری دمای سطوح مشعل-پس از رسیدن به حالت پایا- از پایرومتر و با مستقر نمودن شاخص شعاعی و محوری برای آن در یک نقطه مشخص- استفاده شده است. نتایج به صورت پروفیل های دمای سطح مبنا (مرکز)، دمای سطح جانبی و بازده تابشی مشعل به دو صورت مجزا یکبار برحسب نسبت هم ارزی برای 10 نرخ آتش و بار دیگر برحسب نرخ آتش و برای 7 نسبت هم ارزی ارائه شده است. در نسبت هم ارزی های یاد شده در برخی نرخ آتش ها، شعله در فصل مشترک بستر گلوله ها و فوم، در برخی موارد در داخل فوم و بعضا در داخل بستر گلوله های سرامیکی استقرار می یابد. قبل از پایدار شدن شعله با گذشت زمان، مکان شعله داخل محیط تغییر می نماید. پس از پایدار شدن شعله، در نرخ آتش های ابتدایی شعله در فصل مشترک بستر گلوله ها و فوم سرامیکی تشکیل می شود. سپس با افزایش نرخ آتش در یک نسبت هم ارزی مشخص، ابتدا شعله از فصل مشترک بستر گلوله ها و فوم سرامیکی به داخل فوم حرکت نموده و بالا می آید، تا به بالاترین موقعیت خود برسد. در این حالت فوم کاملا گداخته شده و بیشترین دما برای هر دو سطح مبنا و جانبی بدست می آید با افزایش بیشتر نرخ آتش، شعله شروع به حرکت به سمت پایین فوم می نماید، که در این حالت از گداختگی فوم کاسته شده و این امر کاهش تدریجی دمای سطح را در پی خواهد داشت. روند پایین آمدن تدریجی شعله تا زمانی ادامه خواهد داشت که شعله در فصل مشترک بستر گلوله ها و فوم استقرار یابد. با افزایش بیشتر نرخ آتش شعله به داخل بستر گلوله ها نفوذ نموده، که در این حالت افت شدید دمای سطح و در نتیجه آن افت شدید بازده تابشی را در بر خواهد داشت. روند ذکر شده برای کلیه نسبت هم ارزی ها به غیر از 65/0 صدق می نماید. در نسبت هم ارزی 65/0، نفوذ شعله به داخل بستر گلوله های سرامیکی اتفاق نمی افتد و در کلیه نرخ آتش ها، شعله در فصل مشترک گلوله ها و فوم سرامیکی و یا در داخل فوم سرامیکی تشکیل می شود. کلمات کلیدی: احتراق-محیط متخلخل – sic -نرخ آتش-نسبت هم ارزی-مشعل تابشی-بازده تابشی

با توجه به نقش مهم محفظه های احتراق در صنایع مختلف و عامل کنترل مصرف سوخت توجه به افزایش راندمان و کاهش آلودگی در این سیستم ها یک ضرورت محسوب می شود. در رساله حاضر احتراق غیرپیش آمیخته به عنوان یک نمونه کاربردی متداول در صنعت مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. بدین منظور یک محفظه احتراق استوانه ای با تقارن محوری و هندسه ساده و متداول در صنایع احتراقی درنظر گرفته شده و احتراق آشفته سوخت گازی با هوا یا اکسیژن در آن مورد مطالعه قرار گرفته است. جریان پیوسته سوخت از یک مجرای محوری مرکزی و جریان اکسید کننده از یک مجرای حلقوی اطراف مجرای سوخت وارد محفظه می شوند. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. برای مدل سازی اثر آشفتگی بر احتراق از مدل تأیید اعتبار شده ?-pdf استفاده شده است. به کارگیری این مدل در احتراق آشفته و غیر پیش آمیخته نتایج رضایت بخشی به همراه داشته است. دو مدل دو معادله ای آشفتگی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج هر یک با داده های تجربی مقایسه شده است. شعله های اکسیژن سوز و هواسوز و پارامترهای موثر بر آن ها به طور مجزا بررسی شده اند و راهکارهای مختلف افزایش انتقال حرارت، افزایش راندمان و کاهش آلایندگی مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین اثر به کارگیری سوخت های مخلوط هیدروژن و هیدروکربن در کاهش تولید آلاینده ها بررسی شده اند. با افزایش مقدار هیدروکربن به هیدروژن از غلظت اکسیدهای نیتروژن تولید شده کاسته شد. مشاهده شده است که تغییر در زاویه ورود و آشفتگی ورودی اکسیدکننده بر نرخ تولید آلاینده اکسید نیتروژن اثرگذار است. همچنین به عنوان یک نتیجه مهم، مشاهده شده است که در شعله های اکسیژن سوز با استفاده از دمای شعله آدیاباتیک و بدون استفاده از شبیه سازی عددی می توان تغییرات تولید آلاینده اکسید نیتروژن را پیش بینی کرد.

در این تحقیق، احتراق پیش آمیخته در مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد، در یک محفظه متقارن محوری شبیه سازی عددی و مطالعه شده است. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. در این شبیه سازی از مکانیزم احتراقی چند مرحله ای کاهش یافته و مدل آشفتگی k-? تحقیق پذیر استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، نمونه ای آزمایشگاهی از این مشعل ساخته شده و مورد آزمون قرار گرفته است. نتایج عددی و داده های تجربی مطابقت خوبی با هم دارند. در این مطالعه ابتدا مکانیزم احتراق در محیط ترکیبی متخلخل- شعله آزاد تشریح شده است. سپس به مقایسه مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد و مشعل تمام متخلخل پرداخته شده است. اثر پارامترهایی مانند نسبت هم ارزی، چگالی حفره محیط متخلخل، پیش گرمایش مخلوط ورودی و شرایط حرارتی دیواره محفظه بر بیشینه توان حرارتی مشعل ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته و در مورد اثر هریک از پارامترهای فوق بر تولید آلاینده nox نمونه ای ارائه شده است. نتایج نشان داده است استفاده از مشعل ترکیبی متخلخل شعله- آزاد توان حرارتی را نسبت به مشعل تمام متخلخل افزایش و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. همچنین مشاهده شده است که افزایش چگالی حفره در یک تخلخل ثابت، توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. نتایج نشان داده است که با افزایش هوای اضافی و همچنین کاهش هوای استوکیومتری، محدوده توان حرارتی مشعل کاهش می یابد و بیشینه توان حرارتی با شعله پایدار در مخلوط رقیق سوخت و هوا (نسبت هم ارزی 0.9) بدست می آید. مشاهده شده است که پیش گرمایش مخلوط ورودی، محدوده توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. همچنین با ایجاد انتقال حرارت از دیواره محفظه، حدود پایداری شعله در نرخ آتش های پایین افزایش و در نرخ آتش های بالا کاهش می یابد و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت مخلوط ورودی، شعله مدفون به سمت پایین دست جریان حرکت می کند.

تحقیق حاضر با استفاده از شبیه سازی عددی به بررسی اثر هندسه سر مشعل بر جریان احتراقی غیر پیش آمیخته آشفته پرداخته است. برای مطالعه، یک سر مشعل با دیواره استوانه ای دارای تقارن محوری با هندسه ساده و متداول در صنایع احتراقی درنظر گرفته شده است. سر مشعل با ایجاد ناحیه چرخشی در ناحیه ورودی سوخت و اکسیدکننده نقش پایدارکننده شعله را ایفا می کند. جریان پیوسته سوخت از یک مجرای محوری مرکزی و جریان اکسیدکننده از یک مجرای حلقوی اطراف مجرای سوخت وارد مشعل می شوند. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. پیش از بررسی پارامترهای مورد نظر نسبت به اعتبارسنجی نتایج با استفاده از داده های تجربی معتبر اقدام شده است. برای مدل سازی اثر آشفتگی بر احتراق از مدل ?-pdf و برای مدل سازی آشفتگی از مدل تحقق پذیر k-? استفاده شده است. علاوه بر اثر ابعاد سر مشعل بر جریان احتراقی، اثر به کارگیری سوخت هایی نظیر هیدروژن و ترکیباتی از هیدروژن- هیدروکربن در ابعاد مختلف سر مشعل مورد بررسی قرار گرفته است. به مطالعه اثر تغییر در مقدار شدت آشفتگی اکسیدکننده در هندسه های مختلف سر مشعل پرداخته شده است. هم چنین اثر مکان های مختلف ورودی اکسیدکننده، دماهای متفاوت دیواره و مقادیر مختلف نسبت هم ارزی بر جریان احتراقی مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده شد که تغییر در ابعاد سر مشعل بر الگوی ناحیه چرخشی و به دنبال آن بر جریان احتراقی اثرگذار است. افزایش طول سر مشعل باعث کاهش طول شعله و افزایش دمای بیشینه شد. برای سه شعاع مورد بررسی در این پژوهش، یک شعاع بهینه از نظر داشتن کوتاه ترین طول شعله و حداکثر دما یافت شد. هم چنین نتایج نشان داد که به کارگیری ترکیب سوخت های متفاوت و مقادیر مختلف شدت آشفتگی اکسیدکننده ورودی در هندسه های مختلف سر مشعل بر پارامترهای احتراقی اثرات متفاوتی دارد.

در این تحقیق، احتراق پیش آمیخته در یک مشعل چرخشی مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. ابتدا نحوه ی کارکرد مشعل چرخشی و وسائل به کار گرفته شده در آزمون های تجربی توضیح داده شده است. برای ایجاد شعله ی چرخشی از چرخاننده ای با زاویه ی چرخش45 درجه در مسیر ورودی هوا،استفاده شده است.برای بررسی تشکیل شعله ی چرخشی vشکل، خاموشی شعله و برگشت شعله که بیانگر محدوده پایداری است. نتایج آزمون ها بر حسب نرخ آتش، سرعت محوری جریان خروجی و نسبت هم ارزی ارائه شده است. بر اساس آزمایش های انجام گرفته در نرخ آتش های مختلف و سرعت های مختلف ورودی مخلوط، شعله ی چرخشیv شکل در مخلوط رقیق سوخت و هوا (1>?) تشکیل می شود. همچنین مقادیر سرعت جریان مربوط به تشکیل شعله v شکل محاسبه شده و ملاحظه شد که با افزایش نرخ آتش این سرعت افزایش می یابد. زمانی که در اثر افزایش نرخ آتش شعله v شکل تشکیل می شود نسبت هم ارزی مربوط به خاموشی شعله نیز به طور ناگهانی افزایش می یابد. به عبارت دیگر محدوده پایداری شعله تا نسبت هم ارزی بیشتری افزایش می یابد. به جز در جهش مذکور نسبت هم ارزی مربوط به خاموشی تقریباً به نرخ آتش بستگی ندارد و تنها تابع سرعت مخلوط خروجی است.همچنین با افزایش نرخ آتش،مقادیر سرعت محوری جریان خروجی مربوط به خاموشی نیز در لحظه ی تشکیل شعله v شکل به طور ناگهانی کاهش می یابد و در موارد دیگر به طور تقریباً خطی افزایش می یابد. محدوده ی سرعت مربوط به خاموشی m/s 5/1 تا m/s 5/7 می باشد. کلمات کلیدی: مشعل چرخشی-پایداری شعله-شعلهvشکل-شعله پیش آمیخته

در تحقیق حاضر تأثیر تغییر هندسه سرمشعل ساده روی پایداری شعله در یک مشعل غیر پیش آمیخته به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به اهمیت مبحث پایداری شعله در سیستمهای احتراق صنعتی، تاکنون روشهای متنوعی همانند استفاده از جسم مانع، جریان چرخشی و افزودن هیدروژن به سوختهای متداول برای پایدارسازی شعله مورد استفاده قرار گرفته است. در تحقیق حاضر از یک سرمشعل ساده به منظور پایدارسازی شعله استفاده شده است. به منظور انجام آزمایشها سرمشعلهای استوانه ای شکل با ابعاد مختلف طراحی و ساخته شده است. بدین منظور از سرمشعل های با قطرهای داخلی 4, 6, 8 cm و طول یکسان 10cm و طولهای 10, 15 ,20 cm و قطر داخلی یکسان 6 cm استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که با افزایش طول سرمشعل از 10cm به15cm شعله در سرعت هوای بزرگتری خاموش میشود و بنابراین پایداری شعله افزایش مییابد. افزایش بیشتر طول سرمشعل از 15cm به 20cm تأثیر چندانی روی پایداری شعله ندارد. از سوی دیگر با افزایش قطر داخلی سرمشعل از 4cm به 8cm شعله در سرعت هوای کوچکتری خاموش میشود و بنابراین پایداری شعله به شکل قابل توجهی کاهش مییابد. همچنین یک نسبت بی بعد معرفی و تأثیر تغییر قطر سرمشعل روی پایداری شعله برحسب مقدار این نسبت بی بعد بررسی شده است. مقایسه نتایج مربوط به توزیع دمایی شعله با نتایج شبیه سازی عددی برای یک دبی سوخت و هوای مشخص نشان میدهد که نتایج تجربی تحقیق حاضر و نتایج شبیه سازی عددی تطابق خوبی با یکدیگر دارند. همچنین در تحقیق حاضر مقادیر طول شعله و توزیع دمایی شعله برای سرمشعل های با ابعاد مختلف به دست آمده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند.

در این تحقیق، روشهای کاهش مصرف سوخت در مشعل های گلابگیری سنتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای رسیدن به راندمان حرارتی بیشتر برخی تغییرات در مشعل و سیستم گلابگیری انجام گرفته -است. بدین منظور چهار دسته آزمایش انجام شده است. ابتدا تاثیر تنظیم مشعل موجود بر میزان مصرف بررسی شده است. بخش دوم مربوط به مقایسه راندمان حرارتی مشعل های شعله آزاد، چرخشی و تابشی برای نمونه آزمایشی دیگ در مقیاس کوچک است. در بخش سوم با استفاده از نتایج حاصل شده بخش قبل، طراحی و ساخت مشعل تابشی برای گلابگیری انجام شده و تاثیر آن بر عملکرد گرمایی سیستم گلابگیری مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش چهارم اثر استفاده از سیستم پیش گرم بر راندمان حرارتی مطالعه شده است. با توجه به نتایج، تنظیم مشعل شعله آزاد با دبی بهینه گاز ورودی، 10 درصد کاهش مصرف سوخت داشته است. استفاده از دودکش در دبی های گاز ورودی کمتر از 1/2 متر مکعب بر ساعت، مصرف سوخت تا حداکثر 6 درصد کمتر شده در حالیکه در دبی های بیشتر از آن، مصرف سوخت بیشتر شده است. نتایج بدست آمده در آزمایش های مربوط به نمونه دیگ کوچک گلابگیری نشان داد که مشعل تابشی، راندمان حرارتی بالاتری نسبت به دو مشعل شعله آزاد و چرخشی دارد و لذا برای نمونه واقعی، مشعل تابشی انتخاب شده است. طراحی اولیه و ساخت مشعل تابشی در ساختارهای هندسی مختلف انجام و با مقایسه راندمان حرارتی آنها، بهترین شکل هندسی مشعل مشخص شده است. مشعل بهینه با مشعل شعله آزاد مقایسه شده اند که نتایج بدست آمده بیانگر کاهش بیش از 33 درصد در مصرف سوخت بودند.. بررسی اقتصادی عملکرد مشعل تابشی گلابگیری نشان می دهد که با درنظر گرفتن هزینه اولیه و هزینه گاز صرفه جویی شده در هر ماه، زمان برگشت سرمایه حدودا 15 ماه کاری می باشد.

با توجه به بالا بودن میزان مصرف سوخت در کشور نسبت به میانگین جهانی، کاهش مصرف سوخت تجهیزات گازسوز از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق با استفاده از مشعل متخلخل (جامدهای فلزی متخلخل و شبکه های سیمی) و مشعل معمولی، بازد ه ی مبدل حرارتی (آبگرمکن مخزنی) مورد ارزیابی قرار گرفت و راندمان دو نوع مشعل مورد مقایسه قرار گرفت. در هر آزمایش، زمان لازم برای رسیدن دمای آب آبگرمکن به دمای مورد نظر (60 درجه ی سلسیوس) ثبت شد. در این پروسه، 4 نوع جامد فلزی متخلخل، مورد بررسی قرار گرفت. نمودار دمای آب داخل مخزن و دمای دودکش بر حسب زمان رسم شد؛ به منظور افزایش دقت، فرمول اصلی گاز طبیعی مورد محاسبه قرار گرفت. سپس با استفاده از نرم افزار gaseq نسبت های هم ارزی و دمای شعله برای هر مشعل محاسبه و به عنوان نمونه برای دو حالت خاص، معادلات واکنش برای مشعل ها نوشته شد. همچنین میزان اکسیژن و دی اکسید کربن موجود در محصولات احتراق اندازه گیری و طبقه بندی شدند. جامد متخلخل بهینه از بین انواع جامدهای متخلخل، انتخاب شد. نتایج نشان داد که با استفاده از مشعل با جامد متخلخل بهینه (جامد متخلخل به طول 10 سانتی متر)، می توان حداکثر، راندمان را تا 10 درصد افزایش داد. این افزایش راندمان، در اثر افزایش انتقال حرارت تابشی، کاهش میزان هوای اضافه و افزایش انتقال حرارت هدایت بین جسم متخلخل و دیواره ی مخزن صورت می گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده، به دلیل کم بودن هزینه ی شبکه های سیمی مورد استفاده و در دسترس بودن آنها، طرح از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و دوره ی بازگشت سرمایه در نظر گرفته نمی شود.

مطالعه حاضر با استفاده از شبیه سازی عددی به بررسی اثر جریان ورودی به یک کوره و همچنین موقعیت خروجی دودکش بر توزیع دمای کوره می پردازد. شبیه سازی عددی توسط روش حجم محدود و با استفاده از معادلات متوسط گیری شده ناویراستوکس به کمک نرم افزار فلوئنت انجام می گیرد. کوره، یک محفظه با ابعاد 4×5m2 و سیال ورودی به کوره، هوای داغ 2000 کلوین و دیواره ها در دمای ثابت 1000 کلوین در نظر گرفته شده است. اثر افزایش سرعت ورودی سیال در دو حالت افزایش توان حرارتی ورودی و در توان حرارتی ثابت بر میدان دما مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت مدل سازی آشفتگی از مدل k-? استاندارد و جهت مدل سازی تشعشع از مدل do بهره گرفته شده است. موقعیت ورودی سیال ثابت و خروجی در 4 موقعیت مختلف قرار داده شده است. موقعیت ورودی در پایین دیواره سمت چپ و دودکش در موقعیت های 1- روبروی ورودی روی دیواره سمت راست، 2- بالای دیواره سمت راست، 3- در سقف کوره و 4- بالای ورودی در دیواره سمت چپ قرار دارد. بررسی نتایج نشان داد در سرعت های پایین تر از 5 متر بر ثانیه غلبه نیروی شناوری وجود دارد و سیال پس از ورود به کوره دارای حرکت عمودی می باشد. در سرعت-های بالاتر از 5 متر بر ثانیه سیال به واسطه غلبه نیروی اینرسی پس از ورود به کوره تا انتهای آن بطور افقی پیش رفته و پس از برخورد به دیواره مقابل به سمت بالا حرکت می-کند. نتایج نشان دادند در سرعت های بالا با افزایش توان حرارتی از طریق افزایش سرعت دمای متوسط در کوره افزایش یافته و الگوی شماره 4 که دودکش در بالای ورودی قرار دارد، دارای بیشترین دمای متوسط می باشد. همچنین یکنواختی با افزایش سرعت بیشتر شده و الگوی شماره 4 بیشترین یکنواختی دما را در بین الگوها ی دیگر دارا می باشد. در حالت توان حرارتی ثابت با افزایش سرعت دمای متوسط در الگوی شماره 4 کاهش می یابد و یکنواختی افزایش می یابد.

پمپ های حرارتی زمین گرمایی، یکی از روشهای جدید و پاک برای تامین گرمایش ساختمانها هستند. در این روش، انرژی ذخیره شده در داخل زمین، توسط لوله های نصب شده در زمین، به ساختمان منتقل میشود. استفاده مداوم از زمین، دمای موثر آن را کاهش داده و موجب کاهش ضریب عملکرد سیستم میشود. به منظور افزایش ضریب عملکرد و کاهش مصرف برق، از ترکیب سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی با کلکتورهای خورشیدی استفاده میشود. به این ترتیب، علاوه بر کمک به پمپ حرارتی برای گرمایش، میتوان از انرژی مازاد کلکتورها برای شارژ زمین استفاده کرد.