احتراق غير همگن مخلوط گاز و ابر ذرات

دكتري

احتراق ذرات فلزي با توجه به چگالي بالاي انرژي در واحد حجم در كنار مشخصه هاي احتراقي منحصر به فرد آن ها در دهه هاي اخير مورد توجه بسياري از تحقيقات قرار گرفته است. احتراق مخلوط ذرات فلزي مانند بريليم، بورون، منيزيم، آلومينيم، تيتانيوم و آهن در محيط هاي اكسايشي مقادير بالايي انرژي در مقايسه با سوخت هاي فسيلي و هيدروكربني، آزاد مي كند. هزينه، دسترسي پذيري و قابليت بازيابي مجدد سوخت هاي فلزي در كنار توليد آلاينده هاي كم و قابل كنترل از ديگر عواملي است كه استفاده از اين سوخت ها را به عنوان جايگزيني براي سوخت هاي هيدروكربني و سنتي مطرح مي كند. همچنين وقوع حوادث متعدد در صنايع مختلف و لزوم بررسي اين حوادث از ديدگاه ايمني اهميت شناخت پديده احتراق ابر ذرات فلزي را دو چندان مي كند. با وجود اهميت زياد و كاربردهاي متعدد احتراق ابر ذرات فلزي شناخت اين پديده همچنان در مراحل ابتدايي خود به سر مي برد. در اين رساله به منظور مطالعه و بررسي مشخصه هاي احتراقي و رفتار شعله در فرايند احتراق ابر ذرات يك مدل سه بعدي گسسته بر مبناي احتراق تك ذره و سپس محاسبه برهمكنش حرارتي ميان ذرات متمايز توسعه داده شده است. دو مكانيزم انتقال حرارت هدايت و تشعشع به عنوان مكانيزم هاي غالب انتقال حرارت در اين پديده در نظر گرفته شده و مدل سازي به طور خاص براي ذرات آلومينيم به دليل سرعت سوزش مناسب و ذرات بورون به دليل انرژي احتراق بالا انجام گرفته است. از آنجا كه بسياري از پديده هاي احتراقي در فرايند سوزش ابر ذرات از پخش تصادفي و نامنظم ذرات ناشي مي شود، در اين مدل سازي توزيع ذرات در محيط و در غلظت هاي مختلفي از سوخت به صورت تصادفي انجام شده است. مشخصه هاي احتراقي مانند رفتار جبهه موج احتراقي و موقعيت مكاني شعله در زمان هاي مختلف، سرعت انتشار شعله در محيط و حد رقيق اشتعال به عنوان حداقل غلظت لازم سوخت براي شروع احتراق، در پديده سوزش ابر ذرات مخلوط در هوا به ازاي مقادير مختلفي از غلظت سوخت، غلظت اكسيژن و قطر ذرات بررسي گرديده و نتايج در هر حالت با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده اند. همچنين با استفاده از مدل توسعه داده شده احتراق تركيبي ابر ذرات آلومينيم و بورون براي نسبت هاي وزني مختلف از هر دو جزء به منظور دستيابي به سوخت با مشخصه هاي احتراقي مطلوب و بهينه مورد مطالعه قرار گرفته و در پايان از اين مدل جهت مدل سازي انتشار شعله نوساني در احتراق تصادفي و چندپخشي ابر ذرات آلومينيم بهره گرفته شده است.

192139

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر مهدي بيدآبادي