16816

16816

مدلسازي احتراق گسسته ابر ذرات

دكتري

تبديل انرژي

دي ماه 1395

دكتر مهدي بيدآبادي

مكانيك

چكيده قسمت عمده اي از انرژي جهان از مصرف سوخت هاي فسيلي تأمين مي گردد كه اين تبديل انرژي از سوزاندن مستقيم سوخت هاي جامد يا مايعات سنگين كه درهوا سوزانده مي شوند انجام مي گيرد. كوچك نمودن ابعاد ذرات سوخت باعث افزايش سطح تماس سوخت با هوا شده و درنتيجه هر ذره سوختي با دريافت انرژي كمتري به فاز گازي مي رسد. همچنين بهره گيري از انرژي بالقوه و چشمگير فلزات و يا بعبارت ديگر توسعه مواد انرژي زاي جديد بعنوان سوخت هاي فلزي پيشرفته در سيستم هاي پيشرانش به منظور افزايش راندمان احتراق، همگي نشانگر اهميت احتراق ذرات فلزي بويژه فلز آلومينيوم است. از اين رو تلاش شده است تا در اين رساله دكتري، احتراق گسسته ابر ذرات آلومينيوم مورد تاكيد قرار گيرد. هدف از انجام اين تحقيق، ارائة مدلي كامل و جامع براي تحليل فرآيند احتراق گسسته ابر ذرات آلومينيوم مي باشد. در ابتدا احتراق تك ذره آلومينيوم مورد بررسي قرار گرفته شده است. سپس به حل و مدلسازي پديده احتراق گسسته ابر ذرات آلومينيوم با فرضيات منطقي پرداخته شده است. يكي از عوامل مهم تشعشع مي باشد كه مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته شده است. در اين تحليل، پارامترهاي ديناميكي شعله ابر ذرات همانند سرعت انتشار جبهه شعله، حداقل انرژي لازم براي اشتعال ابر ذرات، فاصله خاموشي، محل تشكيل شعله و غيره در مكانيزم احتراقي گسسته مورد مطالعه قرار گرفته شده است. در اين رساله دكتري در ابتدا به كاربرد هاي احتراق ابر ذرات و مروري بر منابع در حوزه احتراق ابر ذرات پرداخته شده است. سپس احتراق گسسته منظم ابر ذرات فلزي با رويكرد تحليلي مورد بررسي و سپس احتراق گسسته تصادفي ابرذرات مورد مطالعه قرار گرفته شده است. پارامترهاي ديناميكي شعله همچون سرعت انتشار شعله ابر ذرات در مكانيزم احتراقي گسسته تحت اكسنده هاي متفاوت از قبيل دي اكسيد كربن، هوا، بخار آب و غيره مورد تحقيق قرار گرفته شده است. در ادامه احتراق ابر ذرات فلزي در كانال باريك با در نظر گرفتن اتلاف حرارتي به ديواره هاي كانال با فرض احتراق گسسته تصادفي مورد تحقيق قرار گرفته و پارامتر احتراقي ديناميكي شعله همانند فاصله خاموشي مورد تاكيد قرار گرفته شده است. در انتها به مدلسازي پديده احتراق گسسته ابر ذرات در پيكربندي جريان متقابل با فرضيات منطقي پرداخته شده است. سپس جمع بندي، نوآوري و پيشنهادات براي مطالعات آينده ارائه شده است. كلمات كليدي: احتراق ابر ذرات فلزي ، احتراق گسسته، توزيع تصادفي ذرات، فاصله خاموشي، تشعشع، احتراق جريان متقابل.

1395/12/09

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract The major part of the world's energy consumption is provided from fossil fuels which this energy conversion is done through direct burning of solid o​r heavy liquid fuels in air. The small particle size, increases the contact area of the fuel particls with air an​d as a result, each component reaches the gas phase with a less energy intake. Furthermore, taking the advantage of the significant potential of the energy release of metal particles combustion o​r in other words, the development of new energitic materials such as; metallic fuels in advanced propulsion systems to increase the combustion efficiency, all remark the importance of combustible metal particles like aluminum. Therefore, in this doctoral thesis, efforts have been made to emphasize the discrete combustion of aluminum dust particles. This thesis has investigated the pulsating flame. This complicated phenomenon is not fully discovered. This investigation is based on a thermal modeling of the conduction an​d the radiation heat transfer in a dust combustion process. In this mathematical modeling, the burning particles are as the heat sources which effect their ambient by the conduction an​d the radiation heat transfer. The aim of this study is to present a comprehensive model for analyzing the processes involved in the discrete combustion of aluminum particles. At first, combustion of a single aluminum particle was studied.Then, modeling discrete combustion of aluminum dust particles is investigated with reasonable assumptions. Radiation is one of the most important factors that will be studied. Afterwards, with the consideration of random distribution of fuel particles in a reaction medium, the random combustion of aluminum dust cloud is researched. In the following, the quenching distance of aluminum dust flame in narrow channels is studied. Finally, combustion phenomena of aluminum dust cloud in a counterflow configuration with rational assumptions is investigated. In this analysis, dust flame’s dynamic parameters such as; Flame propagation speed, Minimum ignition energy, Quenching distance, Flame location an​d etc. are studied in a discrete combustion mechanisim. Keywords: Discrete combustion, Quenching distance, Random combustion, Flame propagation Speed, Minimum Ignition Energy, Counterflow combustion, Metals ignition.