مطالعه تأثير دماي ديواره و ساختار اكسنده بر توزيع دما و ناكس كوره احتراق غيرپيش‌آميخته

Study of The Effect of Wall Temperature and Oxidant Structure on Temperature Distribution and NO Emission in Non-Premixed Combustion Furnace

هدف از مطالعه حاضر بررسي تأثير شرايط حرارتي حاكم بر ديواره كوره و ساختار اكسنده بر انتشار آلاينده ناكس و شرايط دمايي داخل كوره احتراق غيرپيش‌آميخته است. بدين منظور شبيه‌سازي كوره احتراق غيرپيش‌آميخته با استفاده از نرم افزار اپن‌فوم انجام شده است. در شبيه‌سازي‌هاي عددي از مدل آشفتگي كي- اپسيلون استاندارد، مدل احتراقي مفهوم اتلاف گردابه اصلاح شده و مدل تشعشعي فاز گسسته استفاده شده است. همچنين به‌منظور تحليل نتايج حاصل از شبيه‌سازي‌هاي عددي، محاسبات شيميايي با استفاده از واكنشگاه كاملاً مخلوط مورد توجه قرار گرفته است. مطابق با نتايج، افزايش دماي ديواره كوره تا رسيدن به شرايط عايق حرارتي منجر به افزايش قابل توجه دماي متوسط و بيشينه درون محفظه احتراق گرديده و رژيم احتراقي را از بدون شعله به دما بالا منتقل مي‌كند. علاوه‌بر اين جايگزيني دي‌اكسيد كربن با نيتروژن همراه با كاهش دماي محفظه احتراق به علت تفاوت‌هاي فيزيكي و شيميايي اين دو گونه خواهد بود. براساس نتايج، افزايش دماي ديواره با وجود كاهش اتلاف حرارتي منجر به افزايش ناكس در رژيم احتراقي دما بالا مي‌گردد. استفاده از دي‌اكسيد كربن به جاي نيتروژن در ساختار اكسنده مي‌تواند روشي راهگشا در كاهش اتلاف حرارتي همزمان با كاهش ناكس منتشر شده از كوره احتراق غيرپيش‌آميخته مورد توجه قرار گيرد.

The aim of this study was to investigate the effect of the thermal condition of furnace wall and oxidant structure on NOx emission and thermal conditions inside the non-premixed combustion furnace. For this purpose, non-premixed combustion furnace simulations have been performed using OpenFOAM software. Standard k-ε turbulence model, modified eddy dissipation concept combustion model, and discrete ordinates radiation model are used in numerical simulations. In order to analyze the results of numerical simulations, chemical calculations using a well stirred reactor have also been considered. According to the results, increasing the furnace wall temperature to reach thermal insulation conditions leads to a significant increase in the average and maximum temperature inside the combustion chamber and transfers the combustion regime from flameless to high temperature. In addition, the replacement of carbon dioxide with nitrogen will be accompanied by a decrease in the combustion temperature due to physical and chemical differences between the two species. According to the results, increasing the wall temperature, despite reducing the heat loss, leads to an increase in NOx in the high temperature combustion regime. The use of carbon dioxide instead of nitrogen in an oxidizer can be considered as a way to reduce heat loss while reducing NOx emission from the non-premixed combustion furnace.