بررسي عددي ميدان دمايي و ساختار شعله آرام گاز متان و هيدروژن در جت‌هاي برخوردي مايل

Numerical Investigation of Temperature Field and Laminar Flame Structure of Inclined Impinging Jets of Methane and Hydrogen

امروزه شعله‌هاي پيش‌آميخته داراي كاربردهاي فراوان صنعتي مي‌باشند؛ كه در نتيجه افزايش كيفيت احتراق همراه با كاهش آلودگي اين شعله‌ها مورد توجه بسياري از محققان قرار گرفته است. در اين مطالعه برخورد دو جت شعله در زواياي متفاوت شبيه‌سازي شده است و ساختار شعله، دماي ماكزيمم شعله و ميزان NOx توليدي در حالت شعله پيش‌آميخته آرام، براي دو سوخت متان و هيدروژن ارائه شده است. هدف از اين شبيه‌سازي، بررسي تأثير زاويه بين دو مشعل و همچنين تأثير پيش‌گرم كردن هوا و سوخت بر دماي ماكزيمم شعله و NOx توليدشده بوده است. نتايج نشان داد كه با افزايش زاويه بين دو مشعل، اختلاط جريان و جريان چرخشي بيش‌تر شده و دماي ماكزيمم شعله و مقدار توليد NOx افزايش مي‌يابد. با افزايش زاويه از 0 تا 180 درجه، بيشينه دماي شعله متان و هيدروژن به‌ترتيب 11.5 و 12.4 درصد افزايش پيدا مي‌كند. همچنين با 400 كلوين افزايش دماي ورودي سوخت و هوا، مقدار دماي بيشينه شعله براي متان و هيدروژن به‌ترتيب 6 و 4 درصد افزايش مي‌يابدكه در نتيجه منجر به افزايش قابل‌ملاحظه ميزان NOx توليدي مي‌گردد.

Nowadays, premixed flames are broadly utilized in various residential/industrial applications. Therefore, simultaneously increasing the quality of combustion and reducing the pollution of these flames is of great importance. In this study, collisions of two flame jets of H2/CH4 have been simulated; and flame structure, temperature, and NOx emission are reported at different conditions. The main purpose of this work was to study the effect of angle between the burners and the effect of air and fuel preheating on the key design factors of impinging jets. It was observed that by increasing the angle between two burners, mixing and recirculating flow is enlarged, and the maximum flame temperature and NOx production is increased accordingly. By increasing the angle from 0 to 180 degrees, the maximum flame temperature of methane and hydrogen increases by 11.5 and 12.4%, respectively. Preheating showed that with 400 K increase in the fuel and inlet air temperature, the maximum flame temperature for methane and hydrogen increases 6% and 4%, respectively, which eventually results in a higher NOx.