یکی از مشکلات ایستگاه های تقلیل فشار گاز، مسدود شدن روزنه عبور گاز بر اثر کاهش دما در رگلاتور است. بمنظور پیشگیری از این حالت، گاز را قبل از کاهش فشار بوسیله گرمکن، گرم می کنند. در این گرمکن ها، لوله های عبور گاز طبیعی، سیال واسطه و لوله عبور سیال داغ وجود دارند. سیال داغ که حاوی انرژی گرمایی بالا است، محصولات احتراق بوده که حاصل از واکنش مخلوط سوخت- هوا در مشعل اتمسفریک است. از آنجا که تکنولوژی استفاده از محیط متخلخل مزیت های زیادی را در سیستم احتراقی ایفا می کند، ایده بکارگیری اینگونه مشعل ها به جای مشعل اتمسفریک مطرح شده است. در مشعل های متخلخل به طور عمده از خاصیت تابشی بالای محیط متخلخل استفاده شده که منجر به صرفه جویی در مصرف سوخت و دستیابی به راندمان حرارتی بالاتر نسبت به مشعل های معمولی می شود. در این مطالعه با استفاده از تحلیل عددی، بررسی رفتار حرارتی- سیالاتی گاز عبوری از گرمکن تحت شرایط مختلف و جایگزینی مشعل های متخلخل در گرمکن های ایستگاه تقلیل فشار، بجای مشعل های اتمسفریک مورد بحث قرار گرفته است. در ابتدا با مدل کردن لوله های کویل گاز، عملکرد گرمکن در شرایط مختلف بررسی شده و پارامترهایی نظیر دما و فشار گاز ورودی، دمای گاز بعد از رگلاتور، بار حرارتی گرمکن، دبی گاز و .... مورد مطالعه قرار گرفته اند. سپس با مدل کردن مشعل اتمسفریک در گرمکن، میزان شار حرارتی تولید شده در نسبت تعادل های مختلف به طور عددی مورد بررسی قرار گرفته که نتایج بدست آمده از آن با پارامترهای اندازه گیری شده از گرمکن مطابقت خوبی داشته است. با استفاده از نتایج بدست آمده از این شبیه سازی، چگونگی بدست آوردن حداکثر راندمان احتراق در مشعل اتمسفریک مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با مدل سازی مشعل های متخلخل در ابعاد و نسبت تعادل های مختلف در گرمکن، مقایسه ای از نظر میزان شار حرارت تولیدی با مشعل اتمسفریک انجام شده است. اگرچه گرمکن های ایستگاه تقلیل فشار برای مشعل های متخلخل طراحی نشده اند، اما با توجه به نتایج بدست آمده، استفاده از مشعل متخلخل بجای مشعل اتمسفریک موجب افزایش راندمان حرارتی در گرمکن می شود.

در این تحقیق، پایداری شعله ی مخلوط گاز طبیعی و هوا در داخل محیط متخلخل سرامیکی از جنس sic، در شرایط پایا و گذرا به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش های انجام شده، رژیم های پایدار شعله ی سطحی، مدفون، زیرسطحی و بالاسطحی مشاهده شده است. بررسی انجام شده به صورت مطالعه ی تأثیر نسبت هم ارزی، میزان تخلخل و نرخ آتش بر فرآیند پایداری شعله می باشد. مشاهدات نشان می دهد که در چهار رژیم ذکرشده شعله در یکی از دو ناحیه ی روی سطح سرامیک و یا در نزدیکی سطح زیرین سرامیک پایدار می شود. رژیم شعله ی سطحی در مخلوط های غنی و رژیم شعله ی بالاسطحی در نسبت های هم ارزی کمتر از 0/5اتفاق می افتد و میزان تخلخل و نرخ آتش تأثیری چندانی بر این دو رژیم ندارد. ولی در یک تخلخل با افزایش نرخ آتش از محدوده ی پایداری شعله (محدوده ی بین رژیم های شعله ی سطحی و بالاسطحی) کاسته می شود. همچنین مشاهده شد که در رژیم شعله ی مدفون، کاهش تخلخل و افزایش نرخ آتش باعث افزایش دمای سرامیک می شود. در این مطالعه پدیده ی برگشت شعله (از سطح بالایی سرامیک به سطح زیرین آن) که ماهیتی گذرا دارد نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهدات نشان می دهند که دو نوع برگشت شعله به حالت زیرسطح وجود دارد. در نوع اول، شعله بدون نفوذ در سرامیک برگشت می کند. در نوع دوم شعله مقداری از ضخامت سرامیک را با سرعتی از مرتبه ی mm/s 0/1 طی کرده و سپس به زیر سرامیک منتقل می گردد. این دو نوع برگشت، باعث تغییر در زمان و دمای برگشت به حالت زیرسطح می شوند. تغییر زمان برگشت شعله با افزایش نرخ آتش، روندی نامنظم دارد. اما مشاهدات نشان می دهد که روند تغییر زمان برگشت شعله با تغییر نرخ آتش، مشابه این روند در دمای برگشت شعله است. نتیجه ی دیگر این است که در هریک از این دو حالت با افزایش تخلخل بر زمان (و دمای) برگشت شعله افزوده شده و با افزایش نسبت هم ارزی، به طور متوسط از زمان (و دمای) برگشت شعله کاسته می شود.

این تحقیق به بررسی و مطالعه تجربی و عددی یک نمونه مشعل پیش آمیخته با سرعت بالا می پردازد. بررسی تجربی شامل اندازه گیری طول شعله، بدست آوردن میدان دما و بررسی محدوده پایداری می شود. میدان دما به کمک 8 عدد ترموکوپل که در موقعیت های مختلف قرار گرفته اند اندازه گیری می شود. شبیه سازی عددی توسط روش حجم محدود و با استفاده از معادلات متوسط گیری شده ناویر استوکس (rans) به کمک نرم افزار fluent صورت می-گیرد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی شامل میدان دما، میدان سرعت و تغییرات متغیر پیشرفت واکنش هستند. به منظور مدلسازی آشفتگی، مدل های k- استاندارد، rng k- ، k- تحقق پذیر و دو روش دیگر که با تغییر ثابت های تجربی مدل k- استاندارد، توسط تورپین و ترویس و مورگانس استفاده شده اند، بررسی و مدل k- استاندارد، بعنوان بهترین مدل برای مدلسازی مشعل سرعت بالا تعیین شد. برای مدلسازی احتراق از مدل زیمونت استفاده شده است و به منظور اعتبارسنجی این روش با استفاده از روش های عددی، نتایج تجربی موجود در دیگر مقالات بدست آمد. سپس شبیه ساز ی مکانیزم اختلاط سوخت و هوا در سیستم اختلاط مشعل به صورت سه بعدی انجام شد. براساس نتایج بدست آمده، جریان خروجی از سیستم اختلاط مخلوط کامل است. شبیه سازی مشعل سرعت بالا در دو هندسه محفظه احتراق و فضای باز انجام شد. در هندسه اول، مقایسه تغییرات متغیر پیشرفت واکنش روی محور محفظه در نسبت های هم ارزی مختلف نشان داد که با افزایش نسبت هم ارزی، شیب تغییرات افزایش می-یابد و متغیر پیشرفت واکنش سریعتر افزایش می یابد. همچنین، در محفظه احتراق، با افزایش فاصله محوری، نواحی چرخشی در کنار دیواره جانبی محفظه شکل می گیرند و در حدود 20=x/d به بالاترین قدرت می رسند. نتایج عددی میدان دما در فضای باز با نتایج تجربی این تحقیق مقایسه شد. نتایج نشان دادند که در فاصله بزرگتر از x/d=5.5 نتایج از همخوانی خوبی برخوردار هستند و در فواصل کوچکتر از x/d=5.5 نتایج قابل قبول هستند. در نهایت، عملکرد مدل زیمونت رضایت بخش است و جریان احتراقی در مشعل سرعت بالا به خوبی توسط این مدل شبیه سازی می شود.

در این تحقیق، میدان دما در یک مشعل چرخشی پیش آمیخته به طور تجربی مطالعه شده است. یک نمونه آزمایشگاهی از مشعل ساخته شده است و چهار نوع شعله ی چرخشی با سرعت کم، شعله ی چرخشی با سرعت متوسط، شعله ی v شکل در لحظه تشکیل و شعله ی v شکل در آستانه خاموشی در دبی ثابت هوا بررسی شده است. به کمک ترموکوپل های نوعb ، دما در نقاط مختلف شعله اندازه گیری شده است. نمودارهای دما و نوسانات دما بر حسب زمان و موقعیت مکانی بدست آمده و کانتورهای دما ترسیم شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش فاصله محوری از مرکز مشعل، دما و نوسانات دما تا یک مقدار ماکزیمم افزایش و پس از آن شروع به کاهش می کنند. همچنین مشاهده می شود که با افزایش توان حرارتی (نرخ آتش) دما و نوسانات دما هر دو افزایش می یابند. در شعله ی چرخشی کم سرعت، میانگین دما با افزایش فاصله شعاعی در فاصله محوری ثابت از مرکز شعله افزایش می یابد. در حالیکه در شعله های چرخشیv شکل، این دما کاهش می یابد. ناحیه ی شعله در شعله های چرخشی، با افزایش توان حرارتی، در فاصله نزدیک تری به مشعل قرار می گیرد. مقایسه نتایج بدست آمده برای توزیع دما با تصاویر شعله مطابقت خوبی را نشان می دهد.

در تحقیق حاضر به بررسی پایدارسازی شعله ی غیر پیش آمیخته ی مغشوش به کمک محیط متخلخل به صورت تجربی پرداخته شده است. با توجه به اهمیت مبحث پایداری شعله در سیستم های احتراق صنعتی، تاکنون روش های متنوعی مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از راه کارهای ارائه شده برای پایدار کردن شعله و رسیدن به فن آوری احتراق با توان حرارتی بالا استفاده از محیط متخلخل در مشعل می باشد. به منظور انجام آزمایش ها از یک مشعل غیر پیش آمیخته ی با سوخت گاز طبیعی استفاده شده است. آزمایش ها ابتدا برای مشعل غیرپیش آمیخته ی معمولی و سپس برای مشعل غیرپیش آمیخته ی ترکیبی با محیط متخلخل انجام شده است. در مشعل معمولی به بررسی اثرات سرعت سوخت، سرعت هوا و نسبت هم ارزی بر طول شعله، طول برخاستگی شعله از پایه ی مشعل و مرز پایداری شعله پرداخته شده است. در مشعل ترکیبی از سرامیک های متخلخل کاربید سیلیسیوم با چگالی حفره های ppi10،ppi 20 و ppi30 استفاده شده است. آزمایش ها در فواصل cm 5، cm10 و cm15 محیط متخلخل از مشعل انجام شده است. شعله ی ایجاد شده در مشعل ترکیبی با محیط متخلخل به چهار رژیم تقسیم بندی شده که اثرات تغییر چگالی حفره ی محیط متخلخل و ارتفاع محیط متخلخل از مشعل بر آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده شد که تشکیل شعله در مشعل معمولی در مخلوط های غنی از سوخت و هوا (1<?) صورت گرفته که با افزایش آن طول شعله نیز افزایش می یابد. هم چنین نتایج نشان دادند که در مشعل معمولی ارتفاع برخاستگی مستقل از سرعت سوخت ورودی بوده ولی افزایش سرعت هوای سبب افزایش ارتفاع برخاستگی شعله از مشعل می شود. با توجه به نتایج به دست آمده در مشعل ترکیبی با محیط متخلخل با کاهش چگالی حفره امکان تشکیل شعله داخل محیط متخلخل افزایش می یابد. هم چنین مشاهده شد که تشکیل شعله در داخل محیط متخلخل در متوسط نسبت هم ارزی 63/0=? بوده که تقریبا با نسبت هم ارزی تشکیل شعله داخل محیط متخلخل در مشعل متخلخل پیش آمیخته برابر می باشد. بررسی اثر فاصله ی محیط متخلخل از مشعل بر ساختار شعله نشان داد که افزایش فاصله ی محیط متخلخل از مشعل باعث تشکیل شعله در محیط متخلخل در نسبت هم ارزی های بالاتری می شود.

با توجه به بالا بودن میزان مصرف سوخت در کشور نسبت به میانگین جهانی، کاهش مصرف سوخت تجهیزات گازسوز از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از وسایل گاز سوز که در تعداد زیاد در کشور و عمدتاً در تمام فصول استفاده می شود آب گرمکن می باشد. لذا اصلاح کاهش جزئی مصرف در این وسیله گازسوز نقش به سزایی در کاهش مصرف سوخت در بخش خانگی دارد. در این تحقیق با مدل سازی عددی یک آبگرمکن مخزنی متداول بهبود راندمان حرارتی آن مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا این گرمکن آب در نرم افزار فلوئنت بصورت دو بعدی مدل سازی و اثر پارامتر های مختلف شامل تعداد پره ها، اثر هوای اضافی، دمای شعله و اثر دبی سوخت بر روی راندمان بررسی شد. در هر مورد بررسی بعد از مدت نیم ساعت، نمودار و کانتورهای دمای آب داخل مخزن و لوله آتش رسم شده است. در این تحقیق میزان اکسیژن و دی¬اکسید کربن موجود در محصولات احتراق نمونه آزمایشگاهی توسط دستگاه آنالیزور اندازه¬گیری و با استفاده از فرمول گاز طبیعی و نرم¬افزار محاسبات تعادلی احتراق، نسبت¬ هم¬ارزی و دمای شعله برای مشعل و خواص محصولات احتراق که خواص گاز ورودی به آبگرمکن می باشد، محاسبه شد. سپس جریان سیال و توزیع دما در قسمت های مختلف آبگرمکن، از جمله مخزن آب و لوله آتش و همچنین ورق فولاد بین آب و گاز بررسی و نتایج به صورت کانتورهای دما و سرعت و همچنین نمودارهای مختلف ارائه شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که بیشترین راندمان مربوط به حداکثر دبی گاز است. با کاهش دبی سوخت دمای گاز کاهش می یابد که در نهایت باعث افت انتقال حرارت می شود. همچنین در مورد تعداد پره های داخل لوله آتش، راندمان حداکثر برای سه پره بود. همچنین، نتایج نشان داد که افزایش درصد هوای اضافی موجب کاهش دمای گاز ورودی شده که در نهایت سبب کاهش راندمان می شود

به دلیل رایج بودن پخت نان سنتی در کشور و استفاده از گاز طبیعی در پخت نان، بهینه کردن مصرف گاز تنورهای پخت نان حائز اهمیت است و تاثیر قابل ملاحظه¬ای بر مصرف گاز طبیعی در مقیاس کلان خواهد داشت. در این تحقیق یک تنور سنتی پخت نان سنگک به صورت تجربی و عددی تحلیل شده است. ابتدا هندسه و ابعاد تنور مشخص شده و دمای قسمت¬های مختلف تنور با استفاده از دماسنج اندازه¬گیری شده¬اند. سپس با تحلیل گازهای داغ خروجی و با استفاده از نرم¬افزار خواص گازهای داغ احتراق به دست آمده¬اند. محاسبات نشان دادند که از انرژی ورودی به تنور 29 درصد آن صرف پخت نان¬های داخل تنور می¬شود. در مرحله¬ی بعد سهم مکانیزم¬های مختلف انتقال حرارت در پخت یک نان محاسبه شده¬اند؛ سهم مکانیزم جابجائی به دلیل سرعت پایین گازهای احتراق داخل تنور حدود 6 درصد و سهم مکانیزم انتقال حرارت هدایت به نان از طریق سنگریزه¬ها 54 درصد است. با توجه به پیچیدگی محاسبات مربوط به میزان انتقال حرارت تابشی امکان برآورد مستقیم آن مشکل است ولی با توجه به سهم به دست آمده از دو مکانیزم دیگر، سهم تابش 40 درصد برآورد می¬شود. به منظور برآورد دقیق تر سهم انواع انتقال حرارت به نان، تنور در نرم¬افزار cfx مدلسازی شده است. جهت اعتبارسنجی مدلسازی، توزیع دمایی با تنور واقعی مورد مقایسه قرار گرفته است و نتایج نشان می¬دهند که مقادیر دمایی متوسط کمتر از 10 درصد با نتایج تجربی اختلاف دارند. همچنین راندمان پخت تنور مدلسازی شده تقریباً برابر با نتایج تجربی به دست آمده است. نتایج عددی نشان می¬دهند که سهم مکانیزم تابش 38 درصد است که 2 درصد با مقدار برآورد شده در مطالعات تجربی تفاوت دارد. جهت مطالعه¬ی پارامترهای موثر روی انتقال حرارت تابشی به نان، اثر تغییرات ضریب صدور دیواره و کف تنور مطالعه شد¬ه¬اند و نتایج نشان می دهد که این دو پارامتر تاثیر کمی روی نرخ حرارت دریافتی نان دارند. همچنین با مدل سازی یک مشعل تابشی تخت به صورت یک صفحه¬¬ی داغ دما ثابت داخل تنور نشان داده شده است که حضور این مشعل می¬تواند سهم تابش در حرارت دریافتی نان را تا دو برابر افزایش دهد.

توسعه و بررسی مشعل متخلخل به دلیل استانداردهای آلودگی کم و مزیتهای فراوانی از جمله انعطاف پذیری در مصرف سوخت ، کارکرد در نسبت هم ارزی کم ، راندمان حرارتی بالا و اندازه های کوچک آن در چند دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ما در این بررسی ، به حل دقیق و عددی معادلات تشعشع و حل توأم معادلات انرژی و وارد کردن این معادلات در کد تغییر یافته premix که یکی از معروفترین کدهای کاربردی برای مدلسازی احتراق در یک بعد می باشد و توسط کد chemkin ii فرا خوانده می شود، پرداخته ایم و توزیع دمای گاز و جامد در طول مشعل و همچنین تغییرات انرژی تشعشعی در طول شعله و سرعت شعله با توجه به افزایش نسبت هوای اضافی و تاثیر پارامترهای دیگر روی این نتایج بررسی شده و این نتایج را با نتایج حاصل از حل معادل.....

در سالهای اخیر تکنولوژی مشعل های متخلخل به طور گسترده ای در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. این مشعل ها دارای مزایای بسیاری هستند که از آن جمله می توان به کاهش میزان انتشار گازهای آلاینده، افزایش راندمان حرارتی، افزایش محدوده تنظیم مشعل و ... اشاره نمود. در این تحقیق یک نمونه آزمایشی مشعل تابشی با محیط متخلخل فلزی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت. محیط متخلخل فلزی از روی هم قرار دادن چند لایه توری از جنس فولاد ضد زنگ تشکیل شده است. در یک مشعل تابشی مهمترین پارامتر دمای سطح مشعل است که تعیین کننده میزان تابش سطح مشعل می باشد. در آزمون های انجام شده مقادیر دمای سطح مشعل در مقادیر مختلف نسبت هم ارزی و نرخ آتش اندازه گیری شدند. سپس با استفاده از مقادیر دمای سطح میزان راندمان تابشی در هر حالت محاسبه شد. این آزمایش ها برای حالت های مختلف محیط شامل ضخامت و تخلخل های مختلف انجام گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد که دمای سطح مشعل با افزایش نرخ آتش افزایش می یابد و بیشینه دمای سطح در مخلوط رقیق (نسبت به حالت استوکیومتری) رخ می دهد. بررسی اثر ضخامت نشان می دهد که بیشترین دمای سطح در حالت سه لایه بدست می آید. بررسی راندمان تابشی نشان می دهد که راندمان تابشی مشعل با افزایش نرخ آتش کاهش یافته و راندمان تابشی بیشینه در نسبت هم ارزی مربوط به دمای سطح بیشینه بدست می آید. در پایان نتایج بدست آمده از این تحقیق با تحقیقات دیگری که بصورت آزمایشی در این زمینه انجام شده است مقایسه می شوند. این مقایسه مطابقت خوبی بین نتایج این تحقیقات را نشان می دهد.