مدلسازي آثار افزودن دوده و محصولات احتراق ناقص متان بر سينتيك شيميايي احتراق متان و توليد آلاينده ها

Effects of Adding Gaseous Soot and Methane Incomplete Combustion Products on Detailed Chemical Kinetics Combustion of Methane and Pollutants

تحقيقات پيشين نشان‌دهنده نقش بارز افزودن دوده در بهبود تابش شعله سوخت گاز طبيعي است؛ اما اثر اين افزودني بر توليد آلاينده‌ها و همچنين روند واكنش احتراق متان كمتر مورد توجه بوده است. پژوهش حاضر با استفاده از مكانيزيم GRI3.0 و در شرايط صفر بعدي توسط كدهاي كانترا به بررسي سينتيكي اثر افزودن دوده با فرض حالت گازي بر واكنش‌هاي زنجيرهاي احتراق متان و كسر مولي آلاينده‌ها و گونه‌هاي مياني احتراق متان مي‌پردازد. همچنين افزودن محصولات احتراق ناقص متان به عنوان راهكاري براي كنترل آلاينده‌ها مورد ارزيابي سينتيكي قرارگرفته است. نتايج دقت قابل قبول استفاده از مدل صفر بعدي و مكانيزم GRI3.0 با فرض رفتاري گازي براي ذرات دوده براي ذرات با قطر كمتر از 25 ميكرون را نشان مي‌دهد. تحليل سينتيكي حاكي است افزودن دوده با فرض حالت گازي با افزايش نرخ توليد راديكال‌هاي فعال در احتراق موجب توليد بيشتر آلاينده CO شده و با افزايش نسبي دما موجب رشد كسر مولي آلاينده NOخواهد شد. از طرفي افزودن محصولات احتراق ناقص باعث كاهش توليد آلاينده COشده و دماي احتراق را نيز مي‌كاهد. بر اين اساس مي‌توان به منظور افزايش تابش شعله و همچنين كنترل آلاينده‌ها تركيبي از افزودني كربن و محصولات احتراق ناقص را به احتراق متان اضافه نمود.

The previous researches show the great effect of soot on natural gas flame radiation. The addition of soot into methane flame is widely proposed by the researchers as a good method to enhance radiation from non-luminous flames. But the effect of adding soot on the chain reactions of methane combustion and NO & CO emission have been not reviewed. The present study investigates the effects of adding gaseous soot on the progress of natural gas combustion and NO & CO emission in the zero-dimensional zone by means of GRI 3.0 mechanism in the Cantera python package. Also, methane incomplete combustion products are considered as an additive to control the pollutants. The results indicate that the addition of gaseous soot into natural-gas flame leads to increase in adiabatic temperature, the rate of decomposition reactions of fuel and brings more CO and NO production. In the other hand, the addition of methane-air incomplete combustion products into natural gas reaction cause to reduce CO production and decrease in the adiabatic flame temperature. So, in order to enhance radiation of methane flame and pollutants reduction the additive that composed of of gaseous soot and methane-air incomplete combustion can be used.