مقايسه اثر افزودن غلظت هاي مختلف نانو لوله كربني و افزايش نسبت جرمي C/H سوخت مايع بر رفتار احتراقي و تابش حرارتي شعله

Comparison of effects of adding various carbon nanotube concentrations and increasing C/H mass ratio of liquid fuels on combustion behavior and flame thermal radiation

حضور ذرات و اتم هاي كربن در احتراق سوخت هاي فسيلي، نقش مهمي در انتقال حرارت تابشي و رفتار احتراقي شعله ها دارد. افزايش كربن در شعله مي تواند به وسيله استفاده از سوخت هاي سنگين تر (با نسبت جرمي C/H بزرگتر) يا به وسيله تزريق ذرات كربن به سوخت هاي سبكتر انجام شود. در اين پژوهش اثر افزودن غلظت هاي مختلف نانو لوله كربني چند ديواره با گروه عاملي هيدروكسيل (OH) در سوخت هيدرو كربني مايع بر توزيع دما و تابش حرارتي شعله اندازه گيري شده است و نتايج با رفتار احتراقي سوخت هاي مايع با C/H مختلف مقايسه شده است. براي اندازه گيري تابش درخشاني (طيف مرئي) و تابش حرارتي (طول موج هاي تابشي مرئي و مادون قرمز) به ترتيب از يك لوكس متر و ترموپيل استفاده شده است. توزيع دما با استفاده از تصوير برداري حرارتي و غلظت ذرات دوده با توجه به طول موج تابش حاصل از احتراق آنها اندازه گيري شده است. نتايج نشان مي دهد، افزايش كربن به صورت نانوذرات، موجب افزايش سرعت واكنش ها، كاهش طول شعله، افزايش دما و افزايش تابش حرارتي و افزايش كربن به صورت سوخت سنگين تر (C/H بيشتر) موجب كندي احتراق، افزايش طول شعله، افزايش دما و افزايش تابش حرارتي مي گردد. استفاده از سوخت نانوسيال با كسر جرمي 0.01 درصد نانوذرات در سوخت پايه با C/H=5.47، موجب افزايش تابش حرارتي به ميزان 3.4 درصد مي شود. اين ميزان افزايش با افزايش تابش حرارتي در سوخت هيدروكربني با C/H=5.52 برابري مي كند. افزايش غلظت نانوذرات موجب افزايش سينتيك شيميايي، افزايش دما و تابش هاي حرارتي و درخشاني مي شود و نقطه بيشنه دما در شعله به ابتداي شعله نزديك تر مي گردد.

The particles and atoms of carbon significantly affect radiation heat transfer and combustion behavior of flames. Number of carbon particles within the flame is increased by utilizing fuel with higher C/H mass ratio or adding carbon particles into lighter liquid fuel. In this study, the effect of adding various concentrations of multi-walled carbon nanotubes with hydroxyl functional group into hydrocarbon liquid fuel has been measured on temperature distribution and thermal radiation of the flame. Furthermore, the measured results are compared with the results of combustion behavior of liquid fuels with higher C/H value. A thermopile sensor and a lux meter were utilized to measure the flame thermal radiation (visible and infrared spectrum) and luminosity (visible wavelengths). Thermography technic and IR image were applied to determine the distribution of temperature and soot within the flame. The results showed that adding nanoparticles into liquid fuel increased the rate of chemical reaction kinetics, temperature and thermal radiation and decreased flame length. In addition, a rise in the value of C/H of the liquid fuel increased temperature, flame length and thermal radiation and reduced the rate of chemical reaction kinetics. By adding 0.01% mass fraction of nanoparticles into the base fuel with C/H=5.47, thermal radiation increased by 3.4% the same as liquid fuel with C/H=5.52. The increase of nanoparticle concentrations increased the rate of chemical reaction kinetics, maximum temperature, thermal radiation and luminosity. In addition, the position of maximum temperature moved closer to the burner.