بررسي تحليلي اثر تغيير شدت چرخش جريان هواي ورودي بر رفتار ديناميكي جريان، دما و شار گرمايي تابشي مشعل هارول

Parametric Assessment of Changing Inlet Air Swirl Intensity on flow Dynamic Behavior, Temperature and Radiation Heat Flux of Harwell Furnace

در پژوهش حاضر اثر تغيير شدت چرخش جريان هواي ورودي به محفظه احتراق استاندارد هارول، بر الگوي جريان، توزيع دما، شار گرمايي تابشي و همچنين آلاينده NO مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به تاثير چرخش بر رفتار ديناميكي جريان از رابطه جديدي كه مبتني بر مولفه­ هاي مماسي و محوري سرعت جريان است براي تعيين و تحليل عدد چرخش استفاده شده است. همچنين محاسبات واكنش­هاي شيميايي احتراق با استفاده ازEddy Dissipation Model و محاسبات جريان سيال و انتقال گرماي تابشي با استفاده از مدل­هاي k-ɛ standard و P-1 صورت گرفته است. مقايسه نتايج به دست آمده در تحقيق حاضر با نتايج تجربي موجود، بيانگر تطابق بسيار بهتر حل حاضر نسبت به تحقيقات مشابه است. نتايج نشان مي­دهد كه افزايش عدد چرخش هواي ورودي از 0/0 تا 0/6 با ايجاد و تقويت ناحيه گردابه داخلي در هسته مركزي كوره باعث مكش محصولات احتراق به درون اين ناحيه و تركيب آنها با مخلوط سوخت و هوا و در نتيجه بهبود راندمان احتراق و حذف نقاط متمركز دما بالا به عنوان منبع اصلي تشكيل آلاينده NO مي­گردد. همچنين افزايش عدد چرخش به دليل پخش جريان در راستاي شعاعي و افزايش سطح تبادل حرارتي شعله، به رغم كاهش دماي حداكثر شعله، شار گرمايي تابشي متوسط شعله را به ميزان %31/3 افزايش و آلاينده NO را به ميزان 58/6% كاهش مي­دهد.

In this study, changing of inlet air swirl intensity of standard Harwell combustion chamber on dynamic flow, temperature, radiation heat flux and NO pollutant has been assessed. Due to the effect of swirling on dynamic behavior, a new equation has been utilized based on tangential and axial velocity component in order to achieve the swirl number. Furthermore, chemical reactions computation has been done using Eddy Dissipation model and flow computation and radiation heat flux were performed using standard k-ɛ and P- 1 models. The results show that increasing swirl number from 0.0 to 0.6 with amplification of internal recirculation zone of furnace will cause the combustion products into this area and mix air and fuel and accordingly, increase the combustion efficiency by eliminating the high temperature points as a main cause of NO generation. Moreover, increasing the swirl number in radial order and increasing the heat exchange area regardless of the maximum flame temperature reduction, will increase the flux radiation efficiency by 31.3% and reduce the NO pollutant by 58.6%.