محاسبه سيستم بهينه احتراق ناقص متان در محيط متخلخل جهت دست‎يابي به درصد هيدروژن بيشينه: بررسي تجربي و ديناميك سيالات محاسباتي

روش‎هاي مختلفي براي توليد هيدروژن به‎عنوان سوخت آينده وجود دارد. روش‌هاي توليد هيدروژن از سوخت‎هاي هيدروكربوني از اقتصادي‎ترين اين روش‎‌ها به‌شمار مي‌روند. اگرچه اكثر اين فرآيندها به‎صورت كاتاليستي انجام مي‌شوند اما به‎صورت ذاتي داراي معايب متعددي از قبيل تخريب كاتاليست‎ها، سيستم پيچيده، پاسخ آهسته و هزينه بالا هستند. از روش‎هاي جايگزين كه اخيرا مورد توجه قرار گرفته‌است مي‎توان به استفاده از فرآيند اكسيداسيون جزئي هيدروكربن‎ها با استفاده از شعله سوپرآدياباتيك در محيط متخلخل بي‎اثر در حالت غني و فوق‌غني سوخت اشاره نمود. در اين مقاله ضمن ارائه نتايج تجربي حاصل از آزمايش، نتايج شبيه‌سازي عددي يك مشعل محيط متخلخل محتوي ذرات كروي آلومينا ارائه و با نتايج تجربي مقايسه شده‌است. با در نظرگرفتن يك محدوده ناپيوسته مناسب براي هر يك از پارامترهاي ورودي، يك فضاي حالت براي آزمون‎ها و محاسبات ايجاد شده و به‎ازاي مجموعه حالت‌هاي موجود، نتايج به‎دست آمده‎اند. همچنين براساس مجموعه داده‎ها، شرايط توليد بيشينه كسر مولي هيدروژن و ساير محصولات و بيشينه نسبت تبديل كلي متان و تبديل آن به هيدروژن و منوكسيد كربن به‎دست آمده‌اند. نتايج تجربي و عددي از تطابق خوبي در بخش عمده‌اي از فضاي حالت برخوردار بوده‌اند. راندمان كلي انرژي مشعل در حالت بهينه نيز محاسبه شده‌است كه نشان مي‌دهد براي شرايط ورودي مناسب، بيشينه توليد هيدروژن مي‌تواند با راندمان انرژي نسبتا مطلوب 75 % همراه گردد. در اين مقاله نشان داده شده‌است كه با وجود تاثيرهاي اساسي تغييرات نسبت هم‌ارزي بر مشخصه‌هاي خروجي فرآيند كه مد نظر اكثر محققين در اين زمينه نيز قرار گرفته‌، پارامترهاي ورودي ديگر مانند انرژي آزاد شده به‎ازاي حجم مشعل، مجموعه ابعاد راكتور و قطر ذره كه معرف ميزان تخلخل و ضريب گذردهي محيط است نيز تاثير چشم‎گيري دارند.