چكيده
در اين رساله، احتراق ذرات آهن معلق در محيط اكسيد كنندة گازي مدل سازي شده است. ذرات آهن، بعلت دارا بودن چگالي گرماي احتراق بالايي كه دارند، مي توانند بعنوان سوخت جامد در كاربردهاي مختلفي مورد استفاده قرار گيرند. احتراق ذرات آهن، بعلت خواص ترموفيزيكي منحصر به فردي كه دارا مي باشند، بصورت هتروژني مي باشد. يعني هيچ شعله اي در حين احتراق ذرات آهن در فاز گازي اطراف ذره مشاهده نمي شود و احتراق در سطح و سپس درون ذرة آهن در حال سوزش به وقوع مي پيوندد.
در ابتدا، مقدمه اي بر احتراق انواع سوخت هاي ذرات جامد، خصوصاً ذرات آهن ارائه مي شود و ويژگي هاي شيميايي و فيزيكي اين ذرات به همراه مشخصات احتراقي و رفتار اين ذرات در حين احتراق مورد بررسي قرار مي گيرد. سپس كلية مطالعاتي را كه تاكنون در زمينة احتراق آهن، صورت پذيرفته است را ارئه مي كنيم. لازم به ذكر است كه تمامي كارهاي تحقيقاتي انجام شده تاكنون، بصورت آزمايشگاهي و تجربي بوده است و تاكنون هيچ مطالعة جامع تحليلي در زمينة احتراق آهن به انجام نرسيده است.
پس ازآن، مدلي جهت بدست آوردن پروفيل توزيع دماي ذره ونيز پروفيل توزيع غلظت اكسيژن كه به درون ذره نفوذ مي كند، در مراحل پيش گرمايش، و نيز احتراق، در داخل ذره ارائه مي شود. همچنين، مدلي جهت احتراق تك ذرة آهن در حال سوزش ارائه شده است كه در آن ترم غير خطي تشعشع حرارتي و نيز ترم غير خطي توليد انرژي گرمايي ناشي از احتراق ذره و نيز ترم غير خطي تغيير چگالي ذره با دما، كه در معادلة بقاي انرژي ذره ظاهر مي شوند، در نظر گرفته شده اند.
سپس، يك مدل جامع احتراقي براي تك ذرة آهن ارائه شده است. در اين مدل، كه از لحظة اشتعال ذره تا لحظة اتمام فرآيند احتراق مي باشد، بطور هم زمان، سوخت آهن، اكسيد كنندة گازي و محصول احتراق كه اكسيدآهن مي باشد، در درون ذره در نظر گرفته شده اند.
پس از آن، مدلي براي احتراق غيرآدياباتيك ابر ذرات آهن در كانال ارائه شده است. در اين مدل، ذرات معلق آهن در محيط اكسيد كنندة گازي، بصورت يك مخلوط دوفازي مدل سازي شده است و از خواص ترموفيزيكي مخلوط براي تحليل استفاده شده است. احتراق ذرات آهن در هوا در دو هندسة متفاوت كانال مدل سازي شده است.
در نهايت، نتايج حاصل از مدل هاي مختلفي كه براي احتراق تك ذرة آهن و نيز ابر ذرات آهن در رساله ارائه شده، به تفصيل بيان شده است. همچنين، به جمع بندي نتايج حاصل از اين رساله پرداخته شده است و پيشنهاداتي نيز براي مطالعات آتي در زمينة احتراق ذرات آهن ارائه شده است.
واژه‌هاي كليدي: احتراق، مدل سازي رياضي، ذرة آهن، ابر ذرات آهن، حل تحليلي.
