مطالعه آزمایشگاهی تاثیر پارامترهای هندسی بر عملکرد و میزان nox در مشعل های پیش آمیخته پیچشی

چکیده: در این رساله با استفاده از روش آزمایشگاهی عملکرد احتراق پیش آمیخته کم پیچش (s<0.6) و پرپیچش (s>0.6) در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته و اثر تغییر پارامترهای هندسی بر عملکرد و میزان تولید آلاینده¬های مشعل مطالعه شده¬است. همچنین به منظور دریافت بهتر اثرات تغییر پارامترها بر میدان جریان و رژیم شعله آشفته در مشعل پیچشی، جریان سرد (غیرواکنشی) و جریان واکنشی (احتراقی) با استفاده از نرم افزار فلوئنت مدلسازی شده و نتایج آن با داده¬های تجربی این تحقیق، ومطالعات مشابه مقایسه گردیده است. همچنین در این پژوهش تحلیل اگزرژی مشعل پیچشی و اثر هریک از پارامترها برمیزان بازگشت ناپذیری احتراق مورد مطالعه قرار گرفته است. به جهت بررسی تغییرات نسبت هم-ارزی و پارامترهای هندسی بر احتراق پیش¬آمیخته، تغییرات ? و فاصله درنگ (فاصله پیچنده از سرمشعل-l) با استفاده از تصویربرداری و پردازش آنها مطالعه شده و تغییرات رژیم شعله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در این مطالعه تاثیر فاصله درنگ بر عملکرد احتراق که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته، بررسی شده ¬است. تاثیر فاصله درنگ بر بازه پایداری، میزان برخاستگی شعله، توزیع دما و نهایتاً میزان بازگشت ناپذیری مورد تجزیه تحلیل واقع شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند فاصله درنگ بر مقدار گرادیان سرعت محوری در پایین دست مشعل به طور مستقیم اثرگذار بوده و با افزایش فاصله درنگ، مقدار نرخ کشیدگی محوری کاهش می¬یابد. فاصله درنگ بر حد خاموشی شعله اثرگذار نبوده ولی در بازه عملکرد مشعل در حالت برخاسته تاثیر دارد و برای داشتن شعله¬ای برخاسته در تمامی نسبت های هم ارزی لازم است همواره در طراحی مشعل¬های پیچشی(l/r) >2.5 باشد. لذا نتیجه¬گیری می¬شود که در این نوع احتراق؛ علاوه بر عدد بی¬بعد پیچش، نسبت بی بعد فاصله درنگ (l/r)نیز بر عملکرد مشعل موثر است. همچنین نتایج نشان می¬دهند که شعله رقیق کم¬پیچش در حالت برخاسته توزیع مناسب و همگونی از گازهای داغ را در داخل محفظه احتراق ایجاد می¬کند. مقایسه نرخ بازگشت ناپذیری احتراق پیش¬آمیخته رقیق نسبت به احتراق غیر پیش¬آمیخته (پخشی) نشان می¬دهد مشعل¬های پیش¬آمیخته کم¬پیچش از دیدگاه قانون دوم به دلیل توزیع همگون دما عملکرد بهتری داشته و بازگشت ناپذیری کمتری دارند. در مقایسه میزان بازگشت ناپذیری مشعل پیش¬آمیخته کم پیچش با پرپیچش، نتایج نشان می دهند مشعل کم پیچش به دلیل رژیم برخاسته و پخشی شعله، میزان بازگشت ناپذیری کمتری داشته و انتقال حرارت به بدنه نیز در ظرفیت ثابت در مشعل کم پیچش از مشعل پرپیچش بیشتر بوده است.