مطالعۀ سینتیکی اثر اندازۀ ذرات دوده در هم‌سوزی متان-کربن بر مؤلفه‌های سینتیکی و گونه‌های اساسی احتراق

نویسندگان

دانشگاه بیرجند

چکیده

تابش پایین شعلۀ آبی‌رنگ متان به چالشی در اکثر صنایع تبدیل ‌شده است. حضور دوده و ذرات کربن در ترکیب گاز متان، موجب افزایش سطح درخشندگی و تابش حرارتی شعلۀ آن می‌شود. اما اثر این افزودنی بر تولید آلاینده‌ها و همچنین روند واکنشی احتراق متان، موضوعی است که کمتر به آن توجه شده است. در این ‌بین، یکی از مؤلفه‌های مهم در اثرپذیری این افزودنی، اندازۀ ذرات کربن است. لذا در تحقیق حاضر در یک نگاه سینتیکی و با استفاده از روش EPM و مکانیزم GRI3.0، اثر افزودن ذرات بزرگ و ریز کربن به احتراق متان مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد افزودن ذرات ریز کربن به احتراق متان، با افزایش سطح واکنشی مکانیزم احتراق، باعث افزایش دمای آدیاباتیک شعله و رشد کسر مولی آلاینده‌های احتراق می‌شود. اما ذرات بزرگ کربن پس از تجزیۀ حرارتی در ناحیۀ پیش‌گرم، فعال‌ شده و در واکنش‌ها شرکت می‌کنند. ازاین‌رو افزایش دما و افزایش کسر مولی گونه‌های احتراق در مقایسه با حالت افزودن ذرات ریز کربن بسیار ناچیز است. همچنین نسبت هم‌ارزی بر رفتار دمای واکنش با افزودن دوده موثر بوده و برای ذرات ریز در همۀ نسبت‏های هم‌ارزی افزایش دما مشاهده می‏شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Li, Q., et al.,"Experimental Research of Particle Size and Size Dispersity on the Explosibility Characteristics of Coal Dust", Powder Technology, Vol. 292, pp. 290-297, 2016. [2] U.S. Mine Rescue Association, Explosion Accident Summary, http://www.usmra.com/saxsewell/sago.htm. [3] Centeno, F. R., et al.,"Application of the WSGG Model for the Calculation of Gas–Soot Radiation in a Turbulent Non-Premixed Methane–Air Flame Inside a Cylindrical Combustion Chamber", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 93, pp. 742-753, 2016. [4] Rockwell, S. R., Rangwala, A. S., "Influence of Coal Dust on Premixed Turbulent Methane–Air Flames", Combustion and Flame, Vol. 160, pp. 635-640, 2013. [5] Lee, M., Ranganathan, S., Rangwala, A. S., "Influence of the Reactant Temperature on Particle Entrained Laminar Methane–Air Premixed Flames", Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 35, pp. 729-736, 2015. [6] Xie, Y., Raghavan, V., Rangwala, A. S., "Study of Interaction of Entrained Coal Dust Particles in Lean Methane–Air Premixed Flames", Combustion and Flame, Vol. 159, pp. 2449-2456, 2012. [7] Horvath, J. J., et al., "Spectroscopic Observations of Methane-Pulverized Coal Flames", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer , Vol. 31, pp. 189-201, 1984. [8] Egolfopoulos, F. N., "Solid Fuel Burning in Steady, Strained, Premixed Flow Fields: The Graphite/Air/Methane System", International Journal of Energy Research, Vol. 24, pp. 1257-1276, 2000. [9] Eckhoff, R. K., "Does the Dust Explosion Risk Increase When Moving From μm-Particle Powders to Powders of nm-Particles", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 25, pp. 448-459, 2012. [10] Younessi-Sinaki, M., Matida, E. A., Hamdullahpur, F., "Kinetic Model of Homogeneous Thermal Decomposition of Methane and Ethane", International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, pp. 3710-3716, 2009. [11] Turns, S. R., An Introduction to Combustion, Vol. 287: McGraw-hill New York, 1996. [12]GRI-Mech 3.0 [Online]. Available: Web site http://www.me.berkeley.edu/gri-mech [13] Lück, K. C., Tsatsaronis, G., "A Study of Flat Methane-Air Flames at Various Equivalence Ratios", Gasdynamics of Explosions and Reactive Systems, Vol. 6, pp. 467-475, 1980. [14] Seshadri, K., Berlad, A. L., Tangirala, V., "The Structure of Premixed Particle-Cloud Flames", Combustion and Flame, Vol. 89, pp. 333-342, 1992. [15] Ajilian Momtaz, A., Momahedi Heravi, H., "Experimental Study of Effects of Flue Gas Recirculation Technique on Maximum Flame Temperature and the NOx Emission of Gasoil and Biodiesel Combustion", Energy Engineering & Management, Vol. 2, pp. 38-45, 2012. [16] Dally, B. B., Riesmeier, E., Peters, N., "Effect of Fuel Mixture on Moderate and Intense Low Oxygen Dilution Combustion", Combustion and Flame, Vol. 137, pp. 418-431, 2004. [17] Winterbone, D. E., Turan, A., "Advanced Thermodynamics for Engineers, Chap. 14-Chemical Kinetics", Oxford: Butterworth-Heinemann, pp. 276-290, 1997.