تاثير انتقال حرارت تشعشعي در فرآيند احتراق

فهرست مطالب:

مقدمه: 1

فصل اول: اجزاء کوره و روش­هاي طراحي آن. 7

1-1-مقدمه: 8

1-2-انواع کوره­ها: 8

1-2-1-كوره با لوله­هاي عمودي : 8

1-2-2-كوره با لوله­هاي افقي: 10

1-3-عملکرد کوره : 12

1-4-ساختمان کوره­ها : 13

1-4-1-بدنه: 13

1-4-2-سطوح بازتابنده: 13

1-4-3-مشعل: 13

1-4-4-دودکش: 13

1-4-5-کويل لوله­ها: 14

1-5-احتراق: 14

1-5-1-سوخت گازي: 14

1-5-2-سوخت مايع: 15

1-5-3-سوخت فسيلي: 15

1-5-4-سوخت و هوا: 15

1-5-5-سوخت و اکسيژن: 15

1-5-6-گازهاي احتراق: 16

1-6-تشکيل کک در کوره: 16

1-7-سيستم پيش­گرمايش کوره: 17

1-7-1-خاکستر و ذرات معلق جامد: 17

1-7-2-اکسيدهاي گوگرد: 18

1-7-3-اکسيدهاي نيتروژن: 18

1-8-روش هاي طراحي کوره: 18

1-8-1-روش کوره طويل: 18

1-8-2-روش محفظه احتراق کاملا يکنواخت: 18

1-8-3-روش منطقه­اي: 19

1-9-پارامترهاي موثر در طراحي کوره: 19

1-10-دماي شعله: 19

1-11-دودکش: 20

1-12-پديده ترموسيفون: 20

فصل دوم: بررسي فرآيند احتراق و معادلات حاکم بر آن. 22

2-1-مقدمه: 23

2-2-شبيه­سازي پديده احتراق: 23

2-2-1-مدل فليم لت: 25

2-3-معادلات حاکم بر ديناميک سيال قابل ترکم: 26

2-3-1-معادله پيوستگي: 26

2-3-2-معادله اندازه حرکت: 27

2-3-3-معادله انرژي: 27

2-3-4-معادلات حالت: 27

2-4-معادلات حاکم بر واکنش­هاي سينتيکي و تعادلي: 28

2-4-1-معادلات پيوستگي گونه­هاي شيميايي: 28

2-4-2-واکنشهاي شيميايي: 28

2-4-3-واکنش­هاي سينتيکي: 29

2-4-4-واکنش­هاي تعادلي: 30

2-5-مدل احتراق آرنيوس: 30

2-6-توربولانس: 30

2-6-1-معادلات توربولانس: 31

2-6-1-1-مدل توربولانسي  استاندارد: 31

2-6-1-2-مدل توربولانسي LES: 32

فصل سوم: روش­هاي محاسبه انتقال حرارت تشعشعي در کوره و معادلات حاکم.. 35

3-1-مقدمه: 36

3-2-مدل­سازي گاز حقيقي: 36

3-2-1-روش مجموع وزني چند گاز خاکستري: 37

3-3-روش­هاي مدل­سازي انتقال حرارت تشعشعي: 38

3-3-1-مدل انتقال گسسته: 38

3-3-2-مدل پي-1: 39

3-3-3-مدل روزلند: 40

3-3-4-مدل دسته بندي گسسته: 41

3-3-5-مدل ناحيه­اي: 42

فصل چهارم: معرفي نرم افزار Open Foam.. 45

4-1-مقدمه: 46

4-2-روند حل يک مسئله توسط نرم­افزار Open Foam: 46

4-2-1-پيش­پردازش: 46

4-2-2-پردازش: 46

4-2-3-پس­پردازش: 46

4-3-انتخاب حلگر: 47

4-4-ساختار پوشه­ها حلگر: 47

4-5-شرايط مرزي: 47

4-5-1-شرايط مرزي اصلي: 47

4-5-2-شرايط مرزي اوليه و استخراجي: 48

4-6-پوشه سيستم system : 49

4-6-1-پوشه ControlDict : 49

4-6-2-پوشه fvschemes: 49

4-6-3-پوشه fvSolution: 49

4-7-روش الگوريتم : 49

4-8-پوشه  decomposeParDict: 50

فصل پنجم: محاسبه شار حرارتي و پارامترهاي احتراق و حل انتقال حرارت تشعشعي در يک کوره اتاقي   51

5-1-مقدمه: 52

5-2-هندسه مورد بررسي: 54

5-3-ارائه و تحليل نتايج: 56

فصل ششم: نتيجه­گيري.. 72

نتيجه­گيري.. 72

پيشنهادها: 74

کتابنامه: 75

 

فهرست جدول­ها:

جدول2-1:ضرائب مدل …………………….. 28

جدول 3-1: ضرائب گاز خاکستري…………………34

جدول 5-1: شرايط مرزي حاکم بر مسئله ………… 50

فهرست شکل­ها

شکل(1): محفظه احتراق مورد بررسي چنگ ويگي.. 2

شکل(1-1): کوره استوانه­اي عمودي با بخش جابه­جايي متقاطع. 10

شکل(1-2): كوره استوانه­اي عمودي با كويل مارپيچ.. 10

شکل(1-3): کوره استوانه­اي عمودي کاملا تشعشعي.. 10

شکل(1-4): کوره اتاقي عمودي با اشتعال از دو طرف… 10

شکل(1-6): کوره استوانه­اي عمودي با جابهجايي کلي.. 10

شکل(1-5): کوره اتاقي.. 10

شکل(1-8): كوره افقي دو سلولي.. 12

شکل(1-7): كوره اتاقي.. 12

شکل(1-9): كوره اتاقي با ديواره حائل.. 12

شکل(1-12): كوره افقي با اشتعال از دو طرف… 12

شکل(1-10): كوره اتاقي با اشتعال جانبي ولوله هاي افقي.. 12

شکل(1-11): كوره اتاقي با اشتعال جانبي و لوله هاي افقي با بخش جابه­جايي كناري.. 12

شکل (5-1): هندسه مورد پژوهش…. 55

شکل(5-2):مش بندي هندسه مورد بررسي.. 55

شکل(5-3): استقلال شبکه. 56

شکل(5-4): کانتور نتايج تجربي پيتز و دايلي.. 57

شکل(5-5):کانتورهاي بدست آمده از شبيه سازي، سمت چپ: کانتور سرعت، سمت راست: کانتور دما 58

شکل(5-6):تغييرات سرعت براي مدل­هاي توربولانسي.. 59

شکل(5-7): تغييرات سرعت محوري براي مدل­هاي توربولانسي.. 59

شکل(5-8): تغييرات غلظت . 60

شکل(5-9): تغييرات غلظت  و .. 60

شکل(5-10): تاخير سوزش در دو نوع سوخت… 61

شکل(5-11): ويسکوزيته توربولانسي براي دو نوع اکسيدکننده. 62

شکل(5-12): شار کل حرارتي براي دو نوع اکسيدکننده. 62

شکل(5-13): دماي ديواره پايين محفظه احتراق.. 63

شکل(5-14): دماي ديواره بالاي محفظه احتراق.. 64

شکل(5-15): ضريب صدور کل بدست آمده با نسبت غلظت2. 65

شکل(5-16): ضريب صدور کل بدست آمده با نسبت غلظت . 65

شکل(5-17): ضريب صدور کل در دماها و PL هاي مختلف… 66

شکل(5-18): ضريب صدور کل در غلظت دو براي PL هاي متفاوت… 67

شکل(5-19):ضريب صدور کل در غلظت  براي PL هاي مختلف… 67

شکل(5-20): شار حرارتي براي دو محيط گازي مختلف… 68

شکل(5-21): مقايسه شار حرارتي ديواره با و بدون در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعي.. 69

شکل(5-22): شار کل حرارتي در دو غلظت و ضريب صدورهاي ميانگين نسبت به دماي گازهاي احتراق   69

شکل(5-23): همگرايي دماي ديواره و دماي سطح.. 70

شکل(5-24): شار حرارتي ديواره در کل هندسه. 71

فهرست علائم:

: نماد شيميايي جزء iام

: تغييرات جزء مولي

: جزء وزني مولي

: انتالپي محصولات

: انتالپي واکنش

: انرژي واکنش(انتقال گرماي واکنش)

: انتالپي تشکيل(انتالپي پايدار)

: تعداد مول محصولات

: تعداد مول واکنش دهنده ها

: ثابت عمومي گازها

S: نسبت جرمي اکسيد کننده به سوخت

انديس­ها:

i ورودي

متوسط جرمي اجزاء

 متوسط دما

 متوسط نرخ واکنش

 ميدان ميانگين نسبت اختلاط

 ضريب نفوذ جرمي

 نرخ اتلاف­ها اسکالر

Z نسبت اختلاط

g نيروي حجمي ويژه

S تانسور نرخ تغيير شکل براي سيال نيوتني

 ترم چشمه ناشي از واکنش­هاي شميايي

 گونه شيميايي Jام

 تعداد گونه­هاي شيميايي

 تعداد واکنش­هاي شيميايي

 نرخ آهنگ انجام واکنش­هاي سينتيکي

RR نرخ واکنش گونه­هاي

A وB گونه­هاي شيميايي

 طول شبکه محاسباتي

اندازه­تانسور S

G تشعشع ضمني

C ضريب تابع فاز خطي

 منبع تشعشع

I انتشار شدت تشعشع

n نسبت ضريب شکست

 دماي گاز

 انرژي توليدي در هر ناحيه­ي گازي

 افت انرژي محسوس در هر ناحيه­ي گازي

نشانه­هاي يوناني:

 تانسور تنش­هاي ناشي از لزجت

 ثابت استفان بولتزمن

 اتلاف

 ضريب صدور گاز

 ضريب جذب گاز

 ضريب پراکندگي

: پتانسيل شيميايي جزئي