احتراق در محیط متخلخل + دانلود رایگان کتاب محیط متخلخل کاویانی

احتراق در محیط متخلخل با شعله­ آزاد متفاوت است. مهم­ترین نوع انتقال حرارت در شعله ­ی آزاد جابه­ جایی است، که توسط محصولات احتراق صورت می­ گیرد.
برای دسترسی سریع به هر قسمت می توانید از فهرست زیر قسمت مورد نظر را انتخاب کنید

تعریف احتراق در محیط متخلخل

احتراق در محیط متخلخل با شعله­ آزاد متفاوت است. مهم­ترین نوع انتقال حرارت در شعله ­ی آزاد جابه­ جایی است، که توسط محصولات احتراق صورت می­ گیرد. درحالی‌که در شعله ­ی محیط متخلخل علاوه بر هدایت و جابه­ جایی، تابش نیز نقش بسیار عمده ای را در انتقال حرارت ایفا می ­کند که به دلیل ضریب صدور بالای جسم جامد حاضر، به‌عنوان محیط متخلخل است.
بالا بودن ضریب انتقال حرارت تابش جسم متخلخل موجب افزایش میزان انتقال گرما در محیط متخلخل شده در نتیجه دمای بیشینه آن‌ها کاهش‌یافته و باعث کاهش تولید NOx می­ گردد.
احتراق در محیط متخلخل

تفاوت بین احتراق در محیط متخلخل و شعله آزاد

احتراق در محيط متخلخل به دو دليل مهم، از شعله آزاد متمايز می شود. اين دو دليل عبارتاند از:

  • سطح تماس زياد ماده متخلخل كه موجب انتقال گرمای موثر بين جامد و گاز می شود.
  • اختلاط خوب سوخت و اكسید کننده كه موجب نفوذ و انتقال گرمای موثر در فاز گازي می شود

در احتراق شعله آزاد، كل احتراق در يك محيط گازی اتفاق می افتد در حالی كه در محيط متخلخل، در يك ماتريس جامد سه بعدی كه حفره های به هم
پيوسته دارد، روی می دهد. بازده احتراق در محيط متخلخل بيشتر از سيستم های احتراق معمول است كه اين امر نتيجه انتقال گرمای بهتر و موثر از طريق هدايت و تشعشع از سطوح گرم شده است.
در واقع آنتالپی گاز احتراقی ماتريس متخلخل را گرم می كند. اين سطح گرم شده، ماتريس جامد را در ناحيه پيش گرمايش به وسيله هدايت و تشعشع گرم می كند. در نتيجه دمای جامد در ناحیه پيش گرمايش بيشتر از دمای گاز ورودی است و بنابراين مخلوط نسوخته ورودی توسط تركيبی از انتقال گرماي هدايت و تشعشع، پيش گرمايش می شود. اين سازوكار برگشت انرژی از طرفی موجب افزايش بازده و نرخ احتراق شده و از طرف ديگر با كاهش دماي بيشينه شعله باعث كاهش انتشار آلاينده ها و هيدروكربن های نسوخته می شود.

مشاهده  مبدل حرارتی چیست؟ چگونه کار کار می کند؟

شعله سوپر آدیاباتیک در احتراق در محیط متخلخل

در هنگام فرآیند احتراق در محیط متخلخل ، تابش انرژی به قسمت­ های ورودی مشعل متخلخل ‌موجب پیش گرم شدن واکنش ‌دهنده‌ های ورودی  می­ گردد. عمل پیش‌ گرمایش سرعت شعله را افزایش می ­دهد و درنتیجه محدوده ­ی شعله ­وری افزایش ‌یافته و همچنین موجب پایداری فرایند احتراق و ایجاد شعله سوپرآدیاباتیک  می گردد.
عمل پیش‌گرمایش موجب کاهش تنش ­های حرارتی در پوسته مشعل و قالب متخلخل شده همچنین باعث افزایش سرعت شعله و درنتیجه پایداری شعله می­گردد. شکل زیر تغییرات آنتالپی در طول ناحیه پیش‌گرمایش و احتراق و همچنین فرآیند بازگشت حرارت از ناحیه احتراق به پیش‌گرمایش را به‌خوبی نشان می ­دهد.
شعله سوپرآدیاباتیک

مزایای احتراق در محیط متخلخل

تکنولوژی مشعل متخلخل یکی از روش­های کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی است، از دیگر مزایای محیط متخلخل کاهش اندازه­ی مشعل، افزایش محدوده­ی شعله­ وری، توزیع یکنواخت حرارت، افزایش توان دینامیکی و کاهش سروصدا است.
کاهش دمای احتراق یکی از عوامل برتری مشعل­ های متخلخل نسبت به مشعل های معمولی است. یکی از دلایل کاهش دما، انتقال حرارت تشعشعی است. دلیل دیگر بالا بودن ضریب هدایت حرارتی جامد نسبت به گاز است، ازآنجایی‌که ضریب هدایتی حرارتی اجسام متخلخل بسیار بالاتر از هدایت حرارتی گاز است.
حدود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر بیشتر، بنابراین وجود جسم متخلخل در محفظه­ ی احتراق موجب انتقال حرارت هدایت‌ شده و درنتیجه از بالا رفتن بیش ‌از حد دمای احتراق در محیط متخلخل جلوگیری می ­کند. علاوه بر این موجب توزیع یکنواخت دما در سطح جسم می‌ گردد.
مکانیزم انتقال حرارت در پوروس مدیا

پایداری شعله ی احتراق در محیط متخلخل

معمولاً ناحیه احتراق در راکتورهای معمولی پیش مخلوط بسیار کوچک است. درواقع علت کوچک بودن منطقه ­ی احتراق در این مشعل ­ها پایین بودن ضریب هدایت حرارتی گاز است.
ازآنجایی‌ که ضریب هدایت حرارتی گاز کوچک است، مخلوط گازی که در قبل از منطقه­ ی واکنش قرارگرفته نمی ­تواند به‌اندازه‌ی کافی گرم شود، و به دمای انتقال برسد، درنتیجه منجر به کوچک شدن منطقه ­ی واکنش می ­گردد.
اجسام متخلخل به دلیل بالا بودن ضریب انتقال حرارت می­ تواند راه‌ حل خوبی برای حل مشکل فوق می باشد. و باعث پایدار شدن شعله درون محیط متخلخل می گردد.

کاهش آلودگی با استفاده از احتراق در محیط متخلخل

وجود یک جسم متخلخل در مشعل باعث می ­شود تا انتقال حرارت در خلاف جهت جریان مخلوط گاز افزایش ‌یافته و دمای گاز بالادست به دمای اشتعال برسد، درنتیجه طول منطقه­ ی احتراق افزایش یابد

. وسیع ­تر شدن منطقه ­ی واکنش این امکان را فراهم می ­کند تا انتقال حرارت از جسم متخلخل بهتر صورت گیرد و دمای محفظه­ ی احتراق قابل‌کنترل باشد، درنتیجه میزان تولید آلودگی تا حد امکان کاهش یابد.

مشاهده  همه مطالب در مورد اسب بخار !

کاهش الودگی احتراق در محیط متخلخل

 اصول احتراق در محیط متخلخل

عدد پکلت احتراق در محیط متخلخل

بر اساس آزمایش‌هایی که توسط بابکین انجام گرفت، توزیع شعله در داخل جسم متخلخل تنها می ­تواند زمانی صورت گیرد که عدد پکلت تصحیح‌شده بزرگ‌تر از ۶۵ باشد( ۶۵≤ Pe ).

عدد بدون بعد پکلت

با استفاده از رابطه فوق و جایگذاری عدد پکلت بحرانی ۶۵=Pec می­توان قطر بحرانی را برای مخلوط سوخت-هوای موردنظر تعیین کرد. البته قابل‌ذکر است که ۶۵=Pec برای گاز شهری یا همان متان محاسبه‌شده است. ازآنجایی‌که معمولاً امکان توزیع شعله را توسط پارامتر قطر بحرانی سوراخ­ ها تعیین می ­کنند، بنابراین به دست آوردن این پارامتر بسیار مفید خواهد بود.

رابطه قطر سوراخ­ ها و امکان توزیع شعله به‌این‌ترتیب است که اگر قطر منافذ از قطر بحرانی به‌دست‌آمده کمتر باشد. شعله درون محیط متخلخل نمی ­تواند منتشر گردد و اگر قطر  منافذ بزرگ‌تر از قطر بحرانی باشد امکان توزیع شعله درون محیط متخلخل فراهم می­ گردد.

نواحی مختلف محیط متخلخل در احتراق

شکل بالا مربوط به یک راکتور محیط متخلخل است، همان­طوری که در شکل مشخص است، مشعل دارای دو ناحیه­ A  و C است که هر دو متخلخل هستند. همان‌طور که ملاحظه می­ گردد تعداد سوراخ­ ها از اتمام ناحیه­ A به‌طور ناگهانی در ناحیه ­ی C افزایش می ­یابد.

اختلاف این قطر به دلیل تفاوت در وظایف آن‌هاست، درواقع ناحیه­ A به‌عنوان پیش ­گرم­کن عمل می­ کند درحالی‌که ناحیه­ C وظیفه­ انتشار احتراق را بر عهده دارد. به همین دلیل قطر منافذ در ناحیه­ی A به‌گونه‌ای انتخاب‌شده است که عدد پلکت این ناحیه کمتر از عدد پکلت بحرانی ۶۵Pe< درنتیجه امکان تشکیل و توزیع شعله در این ناحیه وجود ندارد. درحالی‌که قطر منافذ در ناحیه­ C بزرگ‌تر از عدد پکلت بحرانی ۶۵Pe> و مناسب برای فرآیند احتراق و انتشار شعله است.

نحوه عملکرد این راکتور­ها بدین‌صورت است که ابتدا مخلوط سوخت و هوا که از قبل باهم مخلوط شده ­اند وارد ناحیه­ پیش­گرم‌کن A شده و تا دمای اشتعال گرم می­ شوند. همان‌طور که قبلاً اشاره شد حرارت ناحیه A توسط یک بخش مجزا تأمین نمی­ شود بلکه حرارت از منطقه­ احتراق C توسط مکانیزم­ های تابش و هدایت به منطقه­ی A منتقل می­ گردد.

کتاب انتقال حرارت در محیط متخلخل مسعود کاویانی را به صورت رایگان دریافت کنید.

دانلود کنید

Summary
احتراق در محیط متخلخل
Article Name
احتراق در محیط متخلخل
Description
احتراق در محیط متخلخل با شعله­ آزاد متفاوت است. مهم­ترین نوع انتقال حرارت در شعله ­ی آزاد جابه­ جایی است، که توسط محصولات احتراق صورت می­ گیرد.
Author
Publisher Name
مجله مهندسی مکانیک ایران
Publisher Logo
میانگین امتیاز:(average: 5 out of 5. Total: 1)

۸ دیدگاه

  1. سلام
    امکانش هست فایل pdf این نوشته را برام ارسال کنید؟

  2. سلام بیزحمت PDF متن بالا رو برام ارسال کنید

  3. ببخشید لینک دانلود کتاب کاویانی برای من ایمیل من ارسال نمیشه

دیدگاهتان را بنویسید

امتیاز *

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *