سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

بررسی تجربی فرایند برگشت شعله در محیط متخلخل دو­لایه‌ای

نویسندگان
محسن دوازده‌امامی
حسین عطوف
محمدرضا رضایی بخش
دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه صنعتی اصفهان،اصفهان،ایران
چکیده
در این مقاله، فرایند برگشت شعله و استقرار آن در داخل محیط متخلخل سرامیکی دولایه‌ای از جنس SiC به صورت تجربی بررسی شده است. با توجه به اهمیت استقرار شعله بر روی سطح این مشعل‌ها برای ایجاد حداکثر بازده، عوامل موثر بر پدیده برگشت شعله به زیر سطح همچون نرخ آتش و میزان چگالی حفره و نیز نحوه برگشت شعله، از طریق اندازه گیری دما در طول محیط متخلخل، مورد مطالعه قرار گرفته است. مخلوط ورودی شامل گاز طبیعی و هوا به صورت ترکیبی با نسبت هم‌ارزی 0/65 بوده و به صورت کاملاً پیش­ مخلوط وارد مشعل می‌شود. برای بررسی چگونگی برگشت شعله، نحوه پیش­ گرمایش و بهبود سرعت شعله از طریق رصد بیشینه دما در داخل بستر متخلخل بررسی و توضیح داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش نرخ آتش در یک چگالی حفره ثابت، میزان پیش‌گرمایش لازم برای برگشت شعله افزایش و زمان برگشت شعله کاهش می‌یابد. با افزایش چگالی حفره، زمان برگشت شعله و پیش‌گرمایش لازم برای برگشت شعله کاهش می‌یابد.

تازه های تحقیق

در تحقیق حاضر، بررسی تجربی متغیرهای نرخ آتش و میزان چگالی حفره بر برگشت شعله به زیر سطح ناحیه پیش‌گرمایش در محیط متخلخل دولایه‌ای از جنس SiC انجام گرفته است. سرامیک‌ها با سطح مقطع cm2 64 و میزان چگالی حفره آن­ها 4، 8 و 12 حفره بر سانتی­متر است. واکنش‌دهنده‌ها شامل هوا و گاز طبیعی با نسبت هم‌ارزی‌ 65/0هستند. زمان برگشت شعله (زمان بین جرقه­زدن و لحظه برگشت) و دمای برگشت شعله (دمای متوسط ناحیه پیش‌گرمایش سرامیک‌ها) در سرامیک‌های ترکیبی با چگالی حفره 4 و 12، و 8 و 12 حفره در سانتی­متر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان می‌دهد در یک نرخ آتش یکسان، با افزایش چگالی حفره، زمان برگشت شعله کاهش می‌یابد. آزمایش‌ها برای محیط‌های متخلخل بالا، نشان داد که با افزایش نرخ آتش و در یک چگالی حفره ثابت، اگر شعله در داخل محیط متخلخل قرار گیرد، دمای متوسط ناحیه پیش‌گرمایش افزایش و زمان برگشت شعله کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها
محیط متخلخل
سیلیکون کربید
برگشت شعله
مطالعه آزمایشگاهی

عنوان مقاله English

An Experimental Study of Flashback Phenomenon in a Two-Layer Porous Media

نویسندگان English

Mohsen Davazdah Emami
Hossein Atoof
Mohammad Reza Rezaeibakhsh
Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

The present paper concerns an experimental investigation of the flashback phenomenon of flame in a porous media burner made of two SiC-porous media. Regarding the importance of flame stabilization on the surface of these types of burners to achieve the highest efficiency, some influential parameters that affect the flame flashback, such as the firing rate and the pore density, were studied.The reactive mixture comprisednatural gas and air with an equivalence ratio of 0.65. The temperature profile along the burner was measured by thermocouples installed at different locations of the burner, including the porous media. Results show that by increasing the firing rate at a constant porosity, the flashback temperature is increased and the flashback time is reduced. An increase in the porosity results in reduction of flashback temperature and its associated time

کلیدواژه‌ها English

Porous media
SiC
Flashback
Experiment
1.     C. E. Bakaul, Industrial Burners handbook, USA, CRC Press, 2003, Sections 11-13.
2.     S. Mößbauer, O. Pickenäcker, K. Pickenäcker and D. Trimis, “Application of the Porous Burner Technology in Energy and Heat-Engineering”, Clean Air, 3, No. 2, 2002, pp. 185-195.
3.     J. R. Howell, M. J. Hall and J. L. Ellzey, “Combustion of Hydrocarbon Fuels within Porous Inert Media”, Progresses in Energy and Combustion Science, 22, 1996, pp.121-145.
4.     S. Wood and A. T. Harris, “Porous Burners for Lean Burn Applications”, Progresses in Energy and Combustion Science, 34, 2008, pp. 667-684.
5.     M. Abdul Mujeebu, M. Z. Abdullah, M. Z. Abu Bakar, A. A. Mohamad, R. M. N. Muhad and M. K. Abdullah, “Combustion in Porous Media and its Applications -A Comprehensive Survey”, Journal of Environmental Management, 90, 2009, pp.2278-2312.
6.     M. Abdul Mujeebu, M. Z. Abdullah and A. A. Mohamad, “Development of energy efficient porous medium burners on surface and submerged combustion modes”, Energy, 36, 2011, pp. 5132-5139.

7.     M. Abdul Mujeebu, M. Z. Abdullah, M. Z. Abu Bakar, A. A. Mohamad and M. K. Abdullah, “Applications of Porous Media Combustion Technology- A Review”, Applied Energy, 86, 2009, pp.1365-1375.

8.     Y. Kotani and T. Takeno, “An Experimental Study on Stability and Combustion Characteristics of an Excess Enthalpy Flame”, Proceeding Combustion Institute, 19, 1982, pp.1503-1509.
9.     Y. Itaya, K. Miyoshi, S. Maeda and M. Hasatani, “Surface Combustion of a Premixed Methane-air Gas on a Porous Ceramic”, International Chemical Engineering, 32, No. 1, 1992, pp.123-131.
10.  R. Mital, J. P. Gore and R. Viskanta, “A Study of the Structure of Submerged Reaction Zone in Porous Ceramic Radiant Burners”, Combustion and Flame, 111, 1997, pp. 175-184.
11.  G. Brenner, K. Pickenäcker, O. Pickenäcker, D. Trimis, K. Wawrzinek and T. Weber, “Numerical and Experimental Investigation of Matrix-Stabilized Methane/Air Combustion in Porous Inert Media”, Combustion and Flame, 123, 2000, pp. 201-213.
12.  W. Jr. Mathis and J. L. Ellzey, “Flame Stabilization, Operating Range, and Emissions for a Methane/Air Porous Burner”, Combustion Science and Technology, 175, 2003, pp. 825-839.
13.  B. J. Vogel and J. L. Ellzey, “Subadiabatic and Superadiabatic Performance of a Two-Section Porous Burner”, Combustion Science and Technology, 177, 2005, pp.1323-1338.
14.  S. A. Hashemi and H. Atoof, “An Experimental Study of the Effect of Thickness and Porosity on the Performance of a Porous Metal Radiation Burner”, Journal of Fuel and Combustion, 2, No. 2, 2009, pp. 11-23, (in Farsi).
15.  S. A. Hashemi, J. Amani, and H. Atoof, “Experimental study of flame stability in SiC porous media”, Amirkabir Journal of Science & Technology, 42, No. 2, 2010, (in Farsi).
16.  S. Hossainpour and N. Moallemi Khiavi, “Two-Dimensional Numerical Simulation of Combustion in Porous Burners using for Multi-Steps Kinetics Mechanisms”, Journal of Fuel and Combustion, 3, No. 1, 2010, pp. 63-74, (in Farsi).
17.  A. Bakry, A. Al-Salaymeh,  A. H. Al-Muhtaseb, A. Abu-Jrai and D. Trimis, “Adiabatic Premixed Combustion in a Gaseous Fuel Porous Inert Media under High Pressure and Temperature: Novel Flame Stabilization Technique”, Fuel, 90, No. 2, 2011, pp. 647-658.
18.  D. Wu, H. Liu, M. Xie, H. Liu and W. Sun, “Experimental Investigation on Low Velocity Filtration Combustion in Porous Packed Bed using Gaseous and Liquid Fuels”, Experimental Thermal and Fluid Science, 36, 2012, pp. 169-177.
19.  J. P. Holman, “Experimental Methods for Engineers”, USA, McGraw-Hill, 2001.
20.  Manual on the Use of Thermocouples in Temperature Measurement, ASTM Manual Series: MNL 12, ASTM Committee E20 on Temperature Measurement, 4th Ed., 1981.