19769

۱۹۷۶۹

احتراق غير همگن مخلوط گاز و ابر ذرات

دكتري

تبديل انرژي

۱۳۹۳

۱۳۹۷/۸/۲۳

دكتر مهدي بيدآبادي

مكانيك

احتراق ذرات فلزي با توجه به چگالي بالاي انرژي در واحد حجم در كنار مشخصه هاي احتراقي منحصر به فرد آن ها در دهه هاي اخير مورد توجه بسياري از تحقيقات قرار گرفته است. احتراق مخلوط ذرات فلزي مانند بريليم، بورون، منيزيم، آلومينيم، تيتانيوم و آهن در محيط هاي اكسايشي مقادير بالايي انرژي در مقايسه با سوخت هاي فسيلي و هيدروكربني، آزاد مي كند. هزينه، دسترسي پذيري و قابليت بازيابي مجدد سوخت هاي فلزي در كنار توليد آلاينده هاي كم و قابل كنترل از ديگر عواملي است كه استفاده از اين سوخت ها را به عنوان جايگزيني براي سوخت هاي هيدروكربني و سنتي مطرح مي كند. همچنين وقوع حوادث متعدد در صنايع مختلف و لزوم بررسي اين حوادث از ديدگاه ايمني اهميت شناخت پديده احتراق ابر ذرات فلزي را دو چندان مي كند. با وجود اهميت زياد و كاربردهاي متعدد احتراق ابر ذرات فلزي شناخت اين پديده همچنان در مراحل ابتدايي خود به سر مي برد. در اين رساله به منظور مطالعه و بررسي مشخصه هاي احتراقي و رفتار شعله در فرايند احتراق ابر ذرات يك مدل سه بعدي گسسته بر مبناي احتراق تك ذره و سپس محاسبه برهمكنش حرارتي ميان ذرات متمايز توسعه داده شده است. دو مكانيزم انتقال حرارت هدايت و تشعشع به عنوان مكانيزم هاي غالب انتقال حرارت در اين پديده در نظر گرفته شده و مدل سازي به طور خاص براي ذرات آلومينيم به دليل سرعت سوزش مناسب و ذرات بورون به دليل انرژي احتراق بالا انجام گرفته است. از آنجا كه بسياري از پديده هاي احتراقي در فرايند سوزش ابر ذرات از پخش تصادفي و نامنظم ذرات ناشي مي شود، در اين مدل سازي توزيع ذرات در محيط و در غلظت هاي مختلفي از سوخت به صورت تصادفي انجام شده است. مشخصه هاي احتراقي مانند رفتار جبهه موج احتراقي و موقعيت مكاني شعله در زمان هاي مختلف، سرعت انتشار شعله در محيط و حد رقيق اشتعال به عنوان حداقل غلظت لازم سوخت براي شروع احتراق، در پديده سوزش ابر ذرات مخلوط در هوا به ازاي مقادير مختلفي از غلظت سوخت، غلظت اكسيژن و قطر ذرات بررسي گرديده و نتايج در هر حالت با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده اند. همچنين با استفاده از مدل توسعه داده شده احتراق تركيبي ابر ذرات آلومينيم و بورون براي نسبت هاي وزني مختلف از هر دو جزء به منظور دستيابي به سوخت با مشخصه هاي احتراقي مطلوب و بهينه مورد مطالعه قرار گرفته و در پايان از اين مدل جهت مدل سازي انتشار شعله نوساني در احتراق تصادفي و چندپخشي ابر ذرات آلومينيم بهره گرفته شده است.

1397/09/18

Heterogeneous Combustion of Gas and Dust Particle Mixtures

12/9/2018 12:00:00 AM

Metallic particle combustion has received considerable attention during the last decades due to their favorable energetic properties. Aero-suspensions of metallic powders such as beryllium, boron, magnesium, aluminum, titanium and iron air mixtures have high values of burning energy with respect to hydrocarbon fuels on mass and volumetric basis. Cost and availability as well as environmentally benign combustion products of metal powder fuels are other motivations for the use of these fuels as alternatives to conventional hydrocarbon fuels. Numerous dust explosion hazard accidents in different industries adds to the importance of understanding metal dust cloud combustion phenomena. Despite the importance of the phenomena as well as its abundant applications in many areas of technology, the understanding of metal dust combustion mechanism is still in rudimentary stages. In the present thesis a three dimensional discrete model based on single particle combustion and then particle clusters thermal interaction is developed to investigate combustion characteristics and flame behavior in metal dust cloud combustion. Conduction and radiation heat transfer as dominant heat transfer mechanisms are taken into account in the simulation and the modeling focuses on aluminum particles for their good burning velocities and boron particles for their relatively high energy densities. Since most phenomena in particle cloud combustion stems from random and irregular particle distribution, particles are dispersed randomly in the solution domain. Different combustion characteristics such as flame front behavior, flame position at different times, flame propagation speed and lean flammability limit are investigated for various dust cloud and oxygen concentration and and different particle diameters. The results are also compared with existing experimental data and good agreement is observed between them. Combustion of hybrid aluminum and boron particle suspensions in air for various partial concentrations is simulated in order to achieve fuel with optimum properties. Finally the model is developed to simulate and study pulsating flame propagation and flame oscillations in random and poly-disperse aluminum particle cloud combustion.