19265

۱۹۲۶۵

احتراق تصادفي ابر ذرات

دكتري

تبديل انرژي

۱۳۹۲

۱۳۹۷/۰۴/۰۶

دكتر بيدآبادي

مكانيك

چكيده در اين پايان نامه به مدل سازي احتراق تصادفي و نحوه انتشار شعله ميان ابر ذرات ارگانيك و غير ارگانيك پرداخته شده است و ابعاد مختلف احتراق تصادفي ذرات با ارائه دو مدل تحليلي رياضي جديد مورد مطالعه قرار گرفته است. به اين ترتيب كه براي نخستين بار ايده مدل كردن احتراق تصادفي در ابر ذرات ارگانيك با شرايطي كه دماي ذرات در طول ناحيه پيشگرم متغير و تصادفي است مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين در مدل احتراق تصادفي ذرات غير ارگانيك، فرض شده كه قطر ذرات متغير است و حل معادلات حاكم در دو ناحيه پيش گرم و احتراق انجام شده است. بمنظور تشريح فرايند مدلسازي معادلات حاكم در هر ناحيه نوشته شده و در نهايت معادلات جبري براي پيش بيني سرعت سوزش و دماي شعله بدست آمده است. اين نوشتار در دو بخش به انجام رسيده است. بخش اول (فصل هاي سوم و چهارم) به مدل سازي و تحليل احتراق تصادفي ذرات ارگانيك اختصاص دارد و بخش دوم (فصل پنجم) به مبحث احتراق تصادفي ذرات غير ارگانيك پرداخته شده است. فصل اول ابتدا مقدمه اي اجمالي در مورد ذرات ارگانيك و غير ارگانيك ، خواص فيزيكي و شيميايي اين دسته از ذرات، احتراق تصادفي ذرات و رفتار احتراقي آن ها بيان شده است. فصل دوم به مرور فعاليت هاي تحقيقاتي انجام شده توسط محققان در زمينه احتراق ذرات و همچنين كارهاي تحقيقاتي در زمينه احتراق تصادفي پرداخته است. فصل سوم به ارائه مدل احتراق تصادفي ذرات ارگانيك اختصاص دارد. فرض بر اين است كه ذرات ارگانيك در ناحيه پيش گرم تبخير مي شوند تا به حالت سوخت گازي درآيند. همانطور كه در اين فصل آمده، حجم ذرات تبخير شده تابعي از پارامترهاي قطر، چگالي عددي و دماي ذرات مي باشد. ساختار شعله به سه ناحيه پيش گرم، ناحيه حدي واكنش و ناحيه پس از شعله تقسيم بندي شده است و معادلات حاكم در هر ناحيه حل شده اند. در بخش نتايج اين فصل پارامترهاي مهم در انتشار شعله ميان ابر ذرات ارگانيك از جمله پروفيل سرعت و دماي شعله بصورت تابعي از غلظت ذرات و همچنين اثر قطر ذرات بر روي سرعت سوزش و دما مورد بررسي قرار گرفته است. در فصل چهارم تحليل تلفات حرارت، پديده بازگردش گرما و اثرات اعداد بدون بعد موثر بر روي فرايند احتراق بررسي شده است. در فصل پنجم، به مدل سازي احتراق مخلوط تصادفي ذرات غير ارگانيك پرداخته شده است. براي نزديكتر شدن اين مدل سازي به حالت واقعي، فرض شده است قطر ذرات متغير باشد كه براي تاييد اين فرض نتايج بدست آمده با نتايج تجربي مقايسه شده است. سرعت سوزش و دماي شعله حاصل از اين مدل با نتايج تئوري حالت تك سايز و نتايج تجربي كه ذرات قطر متغير داشته اند، مقايسه شده است. دستاورد تحقيق حاضر در مقايسه با مطالعات گذ شته، ارائه يك مدل احتراق تصادفي در ذرات ارگانيك و غير ارگانيك، مطالعه پارامترهاي مهم ازجمله مقاومت دمايي ذره، عدد لوييس مخالف يك، تلفات حرارتي و بازگردش گرمايي مي باشد. همه جزء مواردي هستند كه منجر به بهبود نتايج حاصل از اين مدل به نتايج تجربي واقعي مي گردد. بنابراين مدلسازي احتراق مخلوط تصادفي ذرات براي يك نمونه از ذرات ارگانيك و غير ارگانيك (لايكوپوديوم و آهن) انجام شده است و نتايج حاصل شده با اطلاعات موجود در منابع مقايسه شده است. واژه‌هاي كليدي: احتراق تصادفي؛ ذرات ارگانيك؛ ذرات غيرارگانيك؛ لايكوپوديوم؛ آهن؛ سرعت سوزش؛ دماي شعله

1397/06/09

Random Combustion of particles

6/27/2018 12:00:00 AM

Abstract: In this thesis, random combustion and flame propagation through organic and non-organic dust particles are studied. In this modeling two new analytical models have been have been presented. Thus, for the first time, the idea of random combustion of organic particles has been studied with conditions in which these particles sense a random temperature between ambient and flame temperature in the preheat zone. Also, in order to model random combustion in non-organic particles, it is assumed that the diameter of particles is variable and governing equations has been solved in the preheat and reaction zone. After obtaining the governing equations in each zone, then the needed boundary and matching conditions are applied in each zone. After that, these equations and the required boundary and matching conditions are simultaneously solved with the analytical model to obtain the burning and flame temperature. Thesis has been prepared in two parts. The first part (chapters 3 and 4) is devoted to model random combustion of organic particles, and the second part (chapter 5) deals with the random combustion of non-organic particles. The first chapter includes an introduction to physical and chemical properties of organic and non-organic particles, random combustion of particles and their combustion behavior. The second chapter consist of a review on literature in dust cloud combustion and random combustion in random media. The third chapter focused to model random combustion of organic particles. As shown in this chapter, the volume of evaporated particles is a function of the diameter, numerical density, and particle temperature. It is assumed that the particles vaporize first to yield a known chemical structure of gas phase. To solve the governing equations, it is considered that the flame structure consists of three zones titled the preheat-vaporization zone, the narrow reaction zone and finally the post flame zone. In the results section of this chapter, the important parameters in the propagation of flame between organic particles, including the velocity profile and flame temperature as a function of particle concentration, as well as the effect of particle diameter on burning rate and temperature have been investigated. In Chapter 4, heat loss, the heat recirculation, and the effects of non-dimensional parameters on the combustion process have been investigated. In Chapter 5, focused on modeling the random combustion of non-organic particles. As a comparison with previous studies, in this thesis a new mathematical random combustion model for organic and non-organic particles (Licopodium and Iron), also studying important parameters such as thermal resistance, Lewis's number, heat loss, and heat recirculation. The obtained results show a good compatibility with published experimental data. Keywords: Random Combustion; Organic particles; Non-organic particles; Iron; lycopodium; Burning Velocity; Flame Temperature