مطالعه عددی احتراق در مشعل های متخلخل دو بعدی

وظیفه مشعل، احتراق سوختهای فسیلی مایع یا گازی و تامین حرارت است. باتوجه به کاربرد فراگیر مشعلها و تمرکز آنها در نواحی شهری و تاسیسات خانگی و صنعتی، بهینه سازی آنها به منظور بهرهوریِ بیشتر از سوختهای فسیلی و همچنین کاهش آلودگی هوا ضروری بنظر میرسد. درنظر گرفتن خصوصیات ضعیف انتقال حرارت تشعشعی و هدایت در مخلوط گازها در مقایسه با مواد جامد مبنای شکلگیری یک پیشنهاد جدید جهت بهینهسازی مشعلها میباشد. این ایده چیزی جز بهرهگیری از تکنیک احتراق در محیط متخلخل نبود. طراحی این فنآوری درحقیقت بمنظور تعدیل محدودیتهای مشعلهای شعله آزاد و کاهش نشر آلایندهها از طریق تقویت وافزایش مودهای درگیر انتقال حرارت در فرایند احتراق صورت گرفتهاست. ساختمان محیط متخلخل در این مشعلها به دو ناحیه قابل تفکیک تقسیمبندی میشود. ابتدا مخلوط سوخت و هوا وارد ناحیه پیشگرمایش شبکه متخلخل میشود، در این قسمت فاز جامد از دمای بیشتری نسبت به گاز برخوردار است بنابراین انرژی گرمایی از طریق انتقال حرارت جابجایی به واکنش دهندهها منتقل میشود. در یک فاصله مشخص از ورودی، دمای گاز به دمای مورد نیاز برای شروع واکنش رسیده و در نهایت محترق میشود. قسمتی از انرژی حاصل از واکنش به صورت آنتالپی موثر توسط محصولات احتراق از مشعل خارج و قسمت دیگر از طریق انتقال حرارت جابجایی موجب گرمایش ماتریس جامد در ناحیه احتراق میشود و این سیکل ادامه پیدا میکند. در مشعلهای محیط متخلخل به دلیل بهبود دفع حرارت از ناحیه احتراق، میزان افزایش موضعی دما کاهش یافته و بهطبع آن تولید ترکیبات nox نیز تقلیل مییابد.از طرف دیگر چون محیط متخلخل فرصت کافی برای احتراق واکنش دهندهها فراهم می کند، میزان انتشار co نیز کاهش قابل توجهی دارد. از مزایای این مشعلها میتوان دمای شعله سوپرادیاباتیک، کاهش مصرف سوخت، افزایش سرعت و پایداری شعله، افزایش چگالی توان،افزایش دامنه عملکرد، افزایش بازده حرارتی و کاهش نشر آلایندههای سمی را نام برد. با عنایت به محاسن مذکور و شرایط کنونی کشور برنامهریزی بهمنظور تولید انبوه این فنآوری ضروری بنظر می رسد. در این پایان نامه فرایند احتراق گاز متان در یک مشعل متخلخل بهصورت دوبعدی شبیهسازی شده و بااستفاده از نرمافزار فلوئنت و افزودن زیربرنامههای مورد نیاز به تحلیل پارامترهای احتراق و آلایندهها پرداخته میشود.