بررسی عددی تأثیر پارامترهای هندسی نازل‌های ورودی بر عملکرد احتراق بدون شعله گاز طبیعی و میزان انتشار NOx

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه کاشان،کاشان،ایران

2 کاشان- بلوار قطب راوندی- دانشگاه کاشان- دانشکده مهندسی مکانیک

10.22075/jme.2020.19145.1809

چکیده

احتراق بدون شعله روشی پیش‌رو در جهت افزایش راندمان احتراق و نیز کاهش تولید آلاینده است. هدف از این مطالعه بررسی عددی تأثیر پارامترهای هندسی نازل‌های ورودی بر عملکرد احتراق بدون شعله در یک کوره نیمه صنعتی است. این پارامترها شامل فاصله نازل‌های پاشش سوخت و هوا و تعداد نازل ورودی سوخت می‌باشند. در این شبیه‌سازی از یک محفظه احتراق نیمه صنعتی که در صنعت ذوب آهن کاربرد دارد، استفاده شده است. مدل‌های k-ɛ استاندارد و مفهوم اتلاف گردابه‌ای به ترتیب برای مدل‌سازی آشفتگی و احتراق اعمال و مدل WSGGM برای محاسبه ضرایب جذب و گسیل تابش استفاده شده است. مقایسه نتایج شبیه‌سازی اولیه با داده‌های تجربی مربوط به توزیع دما و سرعت در مقاطع مختلف محفظه سازگاری مطلوبی را نشان می‌دهد که بیانگر صحت روشهای و مدلهای بکار رفته است. هم‌چنین صحت مدل تابشی با بررسی حالات بدون اعمال مدل تابشی، مدل DO و مدل P1 انجام و بر اساس نتایج مدل P1 انتخاب شده است. نتایج نشان می‌دهند تغییر فاصله نازل‌های سوخت و اکسیدکننده بیشتر در ناحیه بالادست محفظه احتراق تأثیرگذار است. با فاصله گرفتن نازل سوخت از مرکز محفظه، تأثیر محصولات احتراق بازگشتی در ناحیه واکنش شدت گرفته و دمای اوج محفظه کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش تعداد پاشنده‌ها سوخت، گرادیان دمای بیشتری در محفظه ایجاد و احتراق از حالت بدون شعله به سمت شعله ناپایدار پیش ‌می‌رود. افزایش فاصله نازل‌ها در تعداد نازل ورودی سوخت کمتر دسترسی به حالت احتراق بدون شعله را در کوره‌های صنعتی بهتر کرده و میزان انتشار اکسید نیتروژن را کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Geometric Parameters of Nozzles on the Performance of Flameless Combustion of natural gas and NOx

نویسندگان [English]

  • Saeed Heydari Dehcheshmeh 1
  • majid sabzpooshani 2
1 Faculty of Mechanical Engineering,University of Kashan,Kashan,Iran
2 Associate professor, Faculty of Mechanical engineering, University of Kashan
چکیده [English]

Flameless combustion is a leading way to increase combustion efficiency and reduce pollutant production. The investigation of the properties of flameless combustion in industrial furnaces needs further study.The purpose of this study is to numerically investigate the effect of geometric parameters including distance between the fuel and air injection nozzles and number of fuel nozzles on flameless combustion performance in a semi-industrial furnace.Standard k-ɛ and the eddy dissipation concept models are used to model turbulence and combustion, respectively, and the WSGGM model is used to calculate the absorption and emission coefficients. Comparison of preliminary simulation results with experimental data on temperature and velocity distribution at different cross sections shows good compatibility. The accuracy of the radiative model has been evaluated by examining the states without applying the radiative model,P1 model and DO model and based on results P1 model has been selected.The results show that changing the distance of the fuel and oxidizer nozzles is more effective in the upstream area of the combustion chamber.By removing the fuel nozzle from the center of the chamber, the effect of the return combustion products on the reaction zone intensifies and the peak temperature of the chamber decreases. Also,with the increase in the number of fuel injectors,more temperature gradient is created in the chamber and combustion from the flameless state leads to the unstable flame.Increasing the distance between the nozzles with fewer fuel nozzles improves the accessing to flameless combustion state in industrial furnaces and reduces the amount of nitrogen oxide emissions produced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Flameless combustion"
  • "Recirculation rate"
  • "Nozzles distance"
  • "Number of fuel nozzles"
  • "NOx"