شبيه‌سازي دو‌بعدي مشعل تشعشعي كاتاليستي نفوذ متقابل

2D Simulation of catalytic radiant counter-diffusive burners

در مطالعه حاضر، به بررسي عددي عملكرد مشعل‌هاي تشعشعي كاتاليستي نفوذ متقابل پرداخته شده است. در اين مشعل‌ها سوخت از پشت سيستم وارد شده و پس از عبور از يك يا چند لايه عايق، وارد لايه كاتاليستي مي‌شود. اكسيژن نيز از سمت جلوي مشعل نفوذ كرده و روي سطح كاتاليست با سوخت واكنش مي‌دهد. براي تحليل عملكرد پنل، يك مشعل كاتاليستي نفوذ متقابل شبيه‌سازي شده است. در شبيه‌سازي دوبعدي و پاياي مشعل، معادلات بقاي مومنتم در محيط متخلخل و غير‌متخلخل، معادله بقاي انرژي و معادله بقاي گونه‌ها به روش المان محدود درنرم‌افزار كامسول حل شده‌اند. براي استخراج شرايط مرزي مناسب در سطح لايه كاتاليستي مشعل، جريان سيال بر يك سطح متخلخل مدل‌سازي شده و نشان داده شد كه مي‌توان از روابط تجربي جابه‌جايي طبيعي روي يك سطح عمودي استفاده كرد. مقايسه نتايج عددي حاصل با مطالعات تجربي پيشين منتشر شده در ادبيات فن، بهبود قابل توجه دقت مدل عددي توليد شده (به ميزان 10%) را نشان داد. در اين پژوهش نشان داده شده كه نفوذ اكسيژن از سمت مقابل مشعل به لايه كاتاليستي به عنوان عامل محدودكننده در فرآيند احتراق كاتاليستي است.

A two dimensional numerical study is presented for steady state performance analysis of a catalytic radiant counter-diffusive burner. In these burners, the gaseous fuel enters from the rear of the burner and passes through the insulation and catalyst layers. The oxygen enters the catalyst layer from the burner surface and opposite to the fuel path. The reaction takes place over the catalyst layer. In this paper, the momentum, energy and species conservation equations in porous and non-porous media are solved using the finite element method in the COMSOL software. The simulations are based on proposed corrections on boundary conditions and combustion rate of methane equation. The simulation results compared with experimental measurements published in the literature for the same geometry and conditions which shows a considerable (10%) improvements. It is shown that diffusion of oxygen through the pad limits the catalytic combustion and controls the fuel conversion in the burner.