ارائه مدل تحليلي احتراق غير پيش آميخته ابر ذرات تيتانيوم در هندسه جريان متقابل

Analytical model for the non-premixed combustion of titanium dust cloud in counter-flow geometry

امروزه مطالعه ي احتراق ذرات فلزي به واسطه كاربردهايي از قبيل توليد اكسيد ذرات، چگالي انرژي بالا و در نتيجه افزايش دماي حاصل از احتراق،كاربردهاي پزشكي و... مورد توجه است. در اين پژوهش، به بررسي و ارائه مدل تحليلي احتراق غيرپيش آميخته ابر ذرات تيتانيوم در هندسه جريان متقابل، با رويكرد چندناحيه اي پرداخته شده است. جريان سوخت از يك سو و جريان اكسيدكننده از سوي ديگر به شكل متقابل جريان يافتند و به منظور مدلسازي تحليلي احتراق، سه ناحيه متمايز در نظر گرفته شد. معادلات حاكم بر مسئله شامل بقاي جرم اجزا و بقاي انرژي بيان شد و با استفاده از شرايط مرزي و انطباقي مناسب، حل معادلات در هر ناحيه به كمك نرم افزارهاي متلب و متمتيكا ارائه شد. سپس توزيع دما و كسر جرمي سوخت، اكسيدكننده و محصولات سوختي در فاز مايع برحسب مكان رسم شد و تأثير برخي متغيرها مانند عدد لوئيس، اندازه قطر ذرات و غلظت جرمي ذرات بر شعله مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده گرديد كه در غلظت 300 گرم بر مترمكعب با افزايش عدد لوئيس سوخت از 0.6 تا 1.4 ميزان دماي شعله از 3600 كلوين تا 3050 كلوين كاهش يافت و همچنين مكان شعله به سمت نازل اكسيدكننده منتقل شد و علت اين موضوع كاهش نفوذ جرم توجيه شد.همچنين با افزايش قطر ذرات سوخت از 2تا200 ميكرون،دما شعله از 3600 كلوين به 3400 كلوين تغيير يافت.

Today,the study of combustion of metal particles is considered due to applications such as particle oxide production, high energy density and thus increasing the temperature resulting from combustion, medical applications,etc.In this study,the analytical model of titanium dust cloud combustion in counter-flow geometry with a multi-zone approach is examined and presented.Fuel flows on the one hand and oxidizing currents on the other flowed as counter-flow,and in order to analytical modeling,three distinct areas were considered.The equations governing,including the mass fractional survival of the components and the survival of the energy, were expressed and,using appropriate boundary and adaptive conditions,the solution of the equations in each zone was presented using Matlab and Mathematica softwares.Then the temperature distribution and mass fraction of fuel, oxidizer and fuel products in the liquid phase were plotted according to location and the effect of some variables such as Lewis number,particle diameter and mass particle concentration on the flame was investigated. It was observed that with increasing Lewis fuel number from 0.6 to 1.4 at 300 g/m3, the flame temperature decreased from 3600 Kelvin to 3050 Kelvin and also the flame location was transferred to the oxidizer nozzle and the reason for this was the reduction of mass penetration. Also with increasing particle diameter of fuel from 2μm to 200μm, temperature of the flame was shifted from 3600 K to 3400 K.