اثرات استفاده از معادلات تغييرتخلخل در عملكرد و توليد مواد آلاينده در مشعل‌هاي محيط متخلخل

The Effects of Using Porosity Profiles on Performance and Emission of Pollutants in the Porous Media Burners

در اين مقاله نتايج حاصل از مدل‌سازي دو بعدي و متقارن محور احتراق پيش آميخته‌ي متان- هوا با سينتيك چند مرحله‌اي در داخل محيط متخلخل با تغيير تخلخل ارايه شده است كه در آن براي مشخص نمودن خصوصيات ترمو‌فيزيكي و ترموشيميايي از برنامه كمكين2 و اطلاعات پايه آن استفاده شده است. معادلات پيوستگي، ناوير استوكس، معادلات انتقال حرارت فاز گاز و جامد و معادلات حاكم بر گونه‌هاي شيميايي با استفاده از روش حجم محدود حل شده و براي ارتباط بين سرعت و فشار از الگوريتم سيمپل استفاده شده است. در اين مقاله سعي بر آنست تا با اعمال پروفيل‌هاي تغيير تخلخل مختلف به جاي تخلخل ثابت دو ناحيه‌اي، اثرات تغيير تخلخل در طول مشعل را مورد بررسي قرار دهيم. نتايج نشان مي‌دهند كه با اعمال تخلخل متغير در طول مشعل مي‌توان ميزان دماي بيشينه را حدود 5/4% كاهش داد و به تبع آن ميزان آلايندههاي خروجي نظير اكسيدهاي نيتروژن نيز كاهش مي‌يابد. در حالي كه افت فشار در طول مشعل به ميزان بسيار ناچيزي افزايش مي‌يابد. همچنين اثرات سرعت ورودي و دماي ديواره بر روي مشعل‌هاي محيط متخلخل مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج نشان داد با افزايش سرعت ورودي بيشينه دماي گاز كاهش پيدا مي‌كند و به تبع آن ميزان انتشار اكسيدهاي نيتروژن كاهش مي‌يابد همچنين با افزايش دماي ديواره، بيشينه دما افزايش پيدا مي‌كند و اين امر سبب افزايش اكسيدهاي نيتروژن مي‌گردد .

In this paper, a two-dimensional axisymmetric model for premixed methane/air combustion in porous media has been developed. For this aim, a numerical model with chemkinII library is used along with its database. This code solves the continuity, navier stokes, the solid and gas energy and the chemical species transport equations using the finite volume method. The pressure and velocity have been coupled with the simple algorithm. In this paper, an attempt is made to apply the profile of porosity instead of constant porosity for two zones of the burner. The results showed that by applying the varying porosity along the burner, the peak temperature can be decreased by about 4.5%, and subsequently, the amount of exhaust pollutants such as NOx can also be decreased while increase in pressure loss along the burner is negligible. The effects of increasing the inlet velocity and the wall temperature are also investigated. The results showed that by increasing the inlet velocity, the peak temperature and the emission of NOx will be decreased and also by increasing wall temperature, the peak temperature and the emission of NOx will be increased.