كاهش توليد آلايندة اكسيد نيتروژن در محفظة احتراق هواچرخشي با استفاده از هوادهي در مجراي سوخت

NOx Formation Reduction Using Primary Aeration in a Swirl Stabilizer Combustor

در اين مقاله تحليل عددي اثر همزمان هوادهي در مجراي سوخت و سرعت چرخش هوا بر توليد و انتشار اكسيد نيتروژن در يك محفظة احتراق استوانه‌اي انجام شده است. در اين راستا، مخلوط استوكيومتريك متان - هوا در يك محفظة هواچرخشي با احتراق آشفته و غيرپيش­آميخته در نظر گرفته شده ­است. تأثير هوادهي در مجراي سوخت در نسبت هم‌ارزي ثابت و در اعداد چرخش صفر، 0/48، 0/68 و 1/08 بررسي شده است. براي مدلسازي آشفتگي جريان از مدل k−ε و جهت برهم­كنش آشفتگي - احتراق دو مدل PDF و EDM اعمال شده­ اند. مقايسة نتايج شبيه‌سازي عددي با مقادير تجربي نشان مي­دهد كه مدل PDF به‌همراه مكانيزم زلدويچ براي پيش‌بيني پارامترهاي احتراق چرخشي مناسب است. نتايج اين تحقيق نشان مي­دهد كه در هر عدد چرخش، يك درصد هوادهي مشخص وجود دارد كه به ازاي آن علاوه بر احتراق كامل ميزان توليد آلايندة NO به حداقل مي‌رسد. همچنين بدون هوادهي در مجراي سوخت، اعمال چرخش در هواي ورودي منجر به افزايش دماي خروجي و افزايش توليد اكسيدهاي نيتروژن در محفظه مي­شود. نتايج تحليل عددي نشان مي­دهد كه در عدد چرخش 0/48، هوادهي در مجراي سوخت به ميزان 2/5 درصد، منجر به احتراق كامل، افزايش دماي متوسط خروجي و همچنين كاهش توليد آلايندة NO خواهد شد.

In this paper, the effects of swirling air and primary aeration on NOx production are numerically investigated. In this regard, a combustion chamber with two-dimensional axisymmetric geometry and non-premixed combustion is considered. The k–e Realizable model is adopted as a turbulence closure model. Also, the Presumed PDF and EDM models with Zeldovich mechanism are considered for combustion modeling. Comparisons of numerical results with available experimental data show that the PDF model is capable of predicting the combustion characteristics. Results show that for every swirl number a specific aeration exists that consequences the minimum NO emissions. As the result, the increase of swirl number in without aeration will lead first to an increase and then a slight decrease of combustion temperature and NO at the exit. The effect of aeration in constant stoichiometric ratio shows that, swirl number of 0.48 and 2.5% aeration, leads to the complete combustion and minimum NO emissions.