The Numerical Exergy Analysis of H2/Air Combustion with Detailed Chemical Kinetic Simulation Model

مفاهيم انرژي و اگزژري از قوانين ترموديناميك ناشي شده و قابل اعمال به تمام علوم و فنون مهندسي مي‌باشند. در اين مطالعه شبيه‌سازي عددي احتراق مخلوط هيدروژن با هوا در فشار ثابت از ديدگاه قوانين ترموديناميك بررسي شده و تمام ترم‌هاي اگزرژي با استفاده از كد توسعه داده شده، محاسبه شده‌اند. مدل سينتيكي مورد استفاده شامل 20 واكنش و9 گونه شيميايي مي‌باشد. در مرحله اول مدل‌سازي اثر نسبت سوخت به هوا(از 6/0 تا 4/1) روي ترم‌هاي انرژي و اگزرژي در دماي اوليه ثابت 1000درجه كلوين بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش نسبت سوخت به هوا از 6/0 تا 1 دماي متوسط، اگزرژي‌هاي شيميايي و ترمومكانيكي و بازگشت‌ناپذيري افزايش مي‌يابد در حالي‌كه افزايش نسبت سوخت به هوا از 1 تا 4/1 به‌جز اگزرژي‌هاي شيميايي و كل بقيه ترم‌ها را كاهش مي‌دهد. همچنين راندمان قانون دوم با افزايش نسبت سوخت به هوا افزايش مي‌يابد. در مرحله دوم در شرايط نسبت سوخت به ‌هوا 4/1 دماي اوليه از 1000 تا 1400 با قدم‌هاي 100 تغيير داده شده است تا اثر دماي اوليه مطالعه شود. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش دماي اوليه از 1000 تا 1100 درجه كلوين دماي متوسط‌، اگزرژي‌هاي كل، ترمومكانيكي و بازگشت‌ناپذيري‌ افزايش ولي اگزرژي شيميايي‌ و راندمان قانون دوم كاهش مي‌يابد. همچنين با افزايش دماي اوليه از 1100 تا 1400 درجه كلوين دماي متوسط ، اگزرژي‌هاي شيميايي، ترمومكانيكي كل، و راندمان قانون دوم افزايش مي‌يابد ولي‌ بازگشت‌ناپذيري كاهش مي‌يابد. نتايج نشان مي‌دهد كه راندمان قانون دوم در نسبت‌ سوخت به ‌هوا ‌بالا و دماي اوليه بالا به حداكثر مي‌رسد

Energy and exergy concepts come from thermodynamics laws and are applicable to all fields of science and engineering. This study considers numerical simulations of combustion of hydrogen with air in a constant pressure environment and exergy terms according to first and second laws analysis using homemade code. Chemical kinetic model includes 20 reactions and 9 species. At the first stage of present study, the effects of airl-fuel ratio (?) on energy and exergy terms are investigated for different ? (from 0•6 to 1•4) at constant temperature 1000 (K). The predictions show that the increase of ? from 0•6 to 1 increases average temperature, thermo-mechanical and chemical exergys and ireversibilty, while increase of ? from 1 to 1.4 decreases them, except for chemical and total exergys. Also second- law efficiency increases with increasing of ?. At the second stage, at ?=1.4, in which the second-law efficiency is maximum, initial temperature of mixture (T_i) is varied from1000 to 1400 (K) by 100 (K) step. The predictions show that increase of T_i from 1000 to 1100 (K) increases average temperature, thermomechanical, total exergy and irreversibility while decreases the chemical exergy and second-law efficiency. Also, the increase of T_i from 1100 to 1400 (K) increases the thermo-mechanical, chemical total exergys and second-law efficiency, while irreversibility decreases. It was found that second-law efficiency reaches a maximum value in the case of higher airl-fuel ratio and initial temperature.