18138

18138

مدل سازي غيرآدياباتيك احتراق غيرپيش آميخته ابر ذرات

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

مهر ماه 1396

دكتر مهدي بيدابادي

مكانيك

قالب كار در اين پايان‌نامه بدين صورت است كه در فصل‌هاي اول و دوم به مروري بر ادبيات موضوع و كارهاي صورت¬گرفته در حوزه‌ احتراق ذرات و احتراق جريان متقابل پرداخته مي‌شود. فصل‌هاي سوم و چهارم شامل مدل‌سازي آدياباتيك و غيرآدياباتيك احتراق جريان متقابل نفوذي است. پيكره‌بندي جريان متقابل نفوذي بدين صورت فرض شده است كه ابر ذرات به عنوان سوخت جامد و هوا به عنوان اكساينده از دو نازل مختلف هم‌محور در دو سوي صفحه‌ سكون، به سمت اين صفحه حركت مي‌كنند. فرض مي¬گردد كه ذرات در ابتدا تبخير مي¬شوند تا يك سوخت گازي با ساختار شيميايي معين را توليد نموده و اين سوخت گازي وارد فرآيند واكنش با اكساينده شود. همچنين، اثر پارامترهاي هندسي مانند قطر ذرات و اعداد بدون-بعد مانند عدد لوييس در اين فصول بررسي شده و نتايج حاصل در دو حالت آدياباتيك و غيرآدياباتيك با هم مقايسه شده¬اند. مشخص گرديد كه افزايش اعداد لوييس سوخت و اكساينده منجر به كاهش دماي شعله مي‌شود و افزايش عدد لوييس اكساينده موقعيت شعله را به سمت نازل اكساينده جابجا مي‌نمايد. همچنين، افزايش غلظت جرمي ذره و كاهش شعاع آن منجر به افزايش دماي شعله مي‌گردد. به علاوه، در نظر گرفتن ترم تلفات حرارتي در نواحي پيشگرم، پس از تبخير و پس از شعله سبب كاهش كسر جرمي سوخت و اكساينده مي¬شود؛ همچنين، دما در طول ساختار شعله در نواحي مختلف كاهش مي¬يابد. از اين رو، موقعيت تبخير ذرات ارگانيك و تشكيل شعله نسبت به حالت عدم وجود تلفات حرارتي به سمت راست جابجا مي-گردد. فصل پنجم به مدل‌سازي چرخش حرارت در احتراق جريان متقابل ابر ذرات غيرپيش‌آميخته مي‌پردازد. در نظر گرفتن ترم چرخش حرارت در نواحي پيشگرم و پس از تبخير سبب افزايش كسر جرمي سوخت و اكساينده و در ناحيه پس از شعله سبب كاهش كسر جرمي سوخت و اكساينده مي¬شود. همچنين، دما در طول ساختار شعله در نواحي پيشگرم و پس از تبخير افزايش و در ناحيه پس از شعله كاهش مي¬يابد. در فصل ششم، پديده ترموفورسيس در احتراق جريان متقابل ابر ذرات ارگانيك به صورت تحليلي مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. در اين فصل، با حل معادلات بقا در نواحي مربوطه و منظور كردن اثرات نيروي ترموفورتيك، تاثير پارامترهاي مختلف سنجيده مي¬شود. مشخص شد كه ذرات در ابتدا با سرعت ثابتي به سطح شعله نزديك مي¬شوند. سپس، در فاصله معيني از شعله با متاثر شدن نيروي ترموفورتيك روي ذره، سرعت ذره كم مي¬شود تا در يك نقطه خاص سرعت به صفر مي¬رسد و در آنجا غلظت ذرات زياد مي-شود. در فصل هفتم به ارائه مدلي جديد براي بررسي رفتار شعله نوساني در مختصات بي¬بعد اغتشاشي مكان–زمان پرداخته شده است. به طوري كه تمام متغيرها به صورت مجموع يك حل پايا و يك اغتشاش هارمونيك كوچك نوشته شده و در نهايت، حل¬هاي وابسته به زمان با استفاده از روش بسط اغتشاشات كوچك مورد تحليل قرار مي¬گيرند. در اين فصل، نقش اتلاف حرارتي در افزايش فركانس نوسانات در شروع ناپايداري مشاهده گرديد. فركانس نوسانات موجود، از فركانس نوسانات بدون اثر اتلاف حرارتي كه از ناپايداري نفوذي–حرارتي به وجود مي¬آيد، بيشتر است. در فصل هشتم، جمع‌بندي از كار صورت¬گرفته و پيشنهادهايي براي ادامه‌ كار مطرح مي‌شود.

1396/09/15

12/3/2017 12:00:00 AM

In this thesis, the first and second chapters consist of a review on literature in particles cloud combustion and counterflow flames. The third and fourth chapters, focused on adiabatic and non-adiabatic modeling of particles cloud diffusion flames in a counterflow configuration with a front vaporization and vaporization zone. In this counterflow configuration, particles cloud are assumed as fuel and air as oxidizer which move toward stagnation plane from two opposed jets. It is assumed that dust clouds are vaporized to form a gaseous fuel to be oxidized in air. Furthermore, effects of geometric parameters such as particles diameter and dimensionless numbers such as Lewis number are investigated and obtained results are compared in both cases of adiabatic and non-adiabatic flame. In fifth chapter, heat recirculation phenomena in counterflow combustion of particles cloud is modeled. In sixth chapter, thermophoresis phenomena in counterflow combustion of particles cloud is modeled analytically. In this chapter, conservation equations are solved in each zone considering thermophoretic force effect. In seventh chapter, a new model is presented so as to study the behavior of oscillating flames in dimensionless coordinates of position – time. All variables are considered as a sum of a steady state solution and a small harmonic disturbance. Finally, time-dependent solutions are analyzed using perturbation method. In eighth chapter, the work concluded and suggestions for future works are proposed.