سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

بررسی آزمایشگاهی آلاینده­ های NOX و CO در محفظه احتراق ضربانی غیر پیش­ آمیخته

نویسندگان
حمید ممهدی هروی
امیر مقصودی
دانشکده فنی مهندسی، گروه مکانیک،دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد،مشهد،ایران
چکیده
محفظه احتراق ضربانی دارای ساختاری ساده، هزینه کارکرد کم و قابل راه ­اندازی با انواع سوخت است. در این تحقیق، با ساخت محفظه‏ احتراق ضربانى، به بررسى تجربى برخی از عوامل مؤثر بر آلاینده­ های NOX و CO و همچنین دماى شعله و فرکانس احتراق پرداخته‏ شده است. دستگاه آزمایش به صورت غیر پیش­ آمیخته ساخته شده است. متغیرهاى کلیدى آزمایش دبى جریان سوخت ورودی و طول لوله‏ تخلیه هستند.نتایج حاصل از آزمایش­ ها نشان می­ دهد که با کاهش دبی سوخت، غلظتNOX و CO کاهش یافته و به کمترین مقدار خود به ­ترتیب ppm17 و 65 ppm می­ رسند. این مقدار NOX، در مقایسه با مشعل­ های معمولی که در حدود 58 تا ppm138 می­ باشد، بسیار مطلوب است. افزایش طول لوله تخلیه باعث کاهش غلظت آلاینده ­های NOX و CO و همچنین سبب کاهش فرکانس احتراق می­ شود. مقایسه نتایج حاصل با نتایج سایر محققان مطابقت خوبی را نشان می­ دهد.

تازه های تحقیق

·       حالت ضربانی در یک گستره معین از دبی جرمی سوخت به­وجود می­آید؛ در صورتی که دبی جرمی سوخت از حد پایین کمتر باشد، شعله خاموش شده و اگر دبی جرمی سوخت از حد بالا بیشتر باشد، شعله به صورت دایمی تشکیل می­شود.

·       افزایش دبى جریان سوخت منجر به افزایش دمای احتراق و افزایش آلاینده­های NOX و CO می­شود.

·       طول لوله تخلیه بر غلظت آلاینده­ها تاثیرگذار است به‏ طورى ‏که افزایش طول لوله تخلیه منجر به کاهش آلاینده­های NOX و CO می­شود.

·       با افزایش طول لوله تخلیه، فرکانس احتراق کاهش مى­یابد.

·       مقایسه نتایج با آزمایش­های سایر محققان مطابقت خوبی، به­خصوص از لحاظ کیفی، نشان می­دهد و روند تغییرات، حتی با توجه به تفاوت در شرایط آزمایش، یکسان است.

 

کلیدواژه‌ها
محفظه احتراق ضربانی
غیر پیش­ آمیخته
مواد آلاینده
آزمایشگاهی

عنوان مقاله English

An Experimental Investigation of NOx and CO Emissions in a Non-Premixed Pulse Combustor

نویسندگان English

Hamid Momahedi Heravi
Amir . Maghsoodi
Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Mashhad Branch, Mashhad, Iran
چکیده English

Pulse combustors are simple, low-cost and can operate with different fuels.. In this research, a non-premixed pulse combustor was constructed and some factors affecting NOx, CO, flame temperature and frequency of combustion were experimentally investigated. The key variables of the experiments were the inlet mass flow rate of fuel and the tailpipe length. The results show that with decreasing the mass flow rate of fuel concentrations of NOx and CO reduce and reach to their minimum values of 17 and 65 ppm, respectively. This level of NOx emission is considerably lower than conventional burners which are reported to have NOx emissions of 58-138 ppm. Increasing the tailpipe length decreased concentrations of NOx and CO emissions and also reduced the frequency of combustion. The results were in good agreement with previous research reported in the literature.

کلیدواژه‌ها English

محفظه احتراق ضربانی
غیر پیش­ آمیخته
مواد آلاینده
آزمایشگاهی
1.     A. A. Putnam, Combustion-Driven Oscillations in Industry, Elsevier, NY, 1971.
2.     B. T. Zinn, “Pulse Combustion: Recent Applications and Research Issues,” Twenty-Fourth Symposium (international) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1992, pp. 1297-1305.
3.     B. T. Zinn, Pulse Combustion, The World and I magazine, Washington, DC, 1991, pp. 304-311.
4.     J. M. Corliss, A. A. Putnam, M. J. Murphy, and D. W. Locklin, “NOx Emissions from Several Pulse Combustors,” Presented at the 105th ASME Winter Annual Meeting, New Orleans, La., Paper No. 84-JPGC-APC-2, 1984.
5.     YA. B. Zeldoich, P. YA. Sadovnikov, and D. A. Frankkamenetskii, “Oxidation of Nitrogen in Combustion,” Academy of Sciences of the USSR, Inst. Chem. Phys. Moscow, 1947.
6.     J. O. Keller, and I. Hongo, “Pulse Combustion: The Mechanisms of NOX Production,” Combustion and Flam, 80, 1990, pp. 219-234.
7.     J. O. Keller, T. T. Bramlette, P. K. Barr, and J. Alvarez, “NOX and CO Emissions from a Pulse Combustor Operating in a Lean Premixed Mode,” Presented at the Western States Section, The Combustion Institute, Combustion and Flame, 99, 1994, pp. 460-466.
8.     A. J. Beale, “Aerovalved Pulse Combustion”, PhD Dissertation, Div. of Mechanical Engineering and Energy Studies, Cardiff Univ., Cardiff Wales, UK, 1999.
9.     H. W. Au-Yeung, C. P. Garner, and V. I. Hanby, “An Experimental Study of the Effects of Combustion Frequency and Pressure Amplitude on the NO Emissions from Pulse Combustors,” Journal of the Institute of Energy, 71, No. 489, 1998, pp. 204-208.
10.  H. M. Heravi, “Integrated Physical and Chemical Modeling of Pulse Combustors,” PhD Dissertation, Div. of Mechanical Engineering and Energy Studies, Cardiff, Wales, UK, 2003.
11.  R. J. Kee, F. M. Rupley, and J. A. Miller, ChemkinII: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas Phase Chemical Kinetics, Sandia National Laboratories Report No, SAND 89-8009, 1989.
12.  P. Barham, K. J. A. Hargreaves, H. Ipakchi and W. C. Maskell, “Comparison and Analysis of NOX and CO Emissions from 5 and 15 kw Gas-Fired Pulsed Combustors,” Energy Technology Center, Middlesex University, Bounds Green Road, London N11 2NQ, UK, 1991.
13. م. ملکی و ب. دیبایی­نیا، روش­های اندازه­گیری در مهندسی، چاپ اول، انتشارات جهاد دانشگاهی، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1369.
14.  J. E. Dec, J. O. Keller, and V. S. Arpaci, “Heat Transfer Enhancement in the Oscillating Turbulent Flow of a Pulse Combustor Tailpipe”, Int. J. Heat Mass Transfer, 35, No. 9, 1992, pp. 447-468. 
15.  H. M. Heravi, J. R. Dawson, P. J. Bowman, and N. Syred, “Primary Pollutant Prediction from Integrated Thermofluid-Kinetic Pulse Combustor Models,” Journal of Propulsion and Power, 21, No. 6, 2005, pp. 1092-1097.
16.  L. Rayleigh, “The Explanation of Certain Acoustical Phenomena” Nature, 18, No. 455, July 1878, pp. 319-321.
17.  A. Kilicarslan, and A. Arisoy, “Acoustic Analysis of a Liquefied Petroleum Gas-Fired Pulse Combustor,” Applied Acoustics, 69, 2008, pp. 770-777.