بررسي اثر تغيير پارامترهاي عملكردي بر رفتار شعله و توزيع دما و آناليز اگزرژي مشعل‌هاي كم پيچش پيش آميخته

Investigation of the effects of performance parameters on the flame behavior and temperature distribution and exergy analysis of low swirl premixed burners

مشعل كم پيچش روشي موثر را براي افزايش پايداري در احتراق پيش آميخته رقيق ارايه مي دهد. نقش عدد پيچش به عنوان اصلي‌ترين پارامتر اثرگذار بر عملكرد اين مشعل ها در مطالعات متعددي و در شرايط مختلف فشار، سرعت مخلوط، نسبت هم ارزي و مشخصات هندسي متفاوت بررسي شده است. فاصله پيچنده از سر مشعل (فاصله درنگ) يكي ديگر از پارامترهاي اصلي در طراحي مشعل هاي كم پيچش است كه تاكنون كمتر مورد توجه بوده است. در اين تحقيق با طراحي و ساخت يك مشعل كم پيچش و برپايي يك بستر آزمون و اندازه‌گيري پارامترهاي احتراقي شامل دماي شعله و محصولات احتراق در نقاط مختلف كوره، دبي، فشار و دماي سوخت و هوا و نيز آناليز محصولات احتراق، اثر تغيير فاصله درنگ در نسبت هاي هم ارزي مختلف بر توزيع دما و رژيم شعله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد افزايش فاصله درنگ موجب افزايش ميزان برخاستگي شعله و افزايش بازه عملكرد پايدار آن مي گردد. همچنين با استفاده از تحليل اگزرژي عملكرد اين مشعل ها مورد تحليل قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد احتراق پيش آميخته كم پيچش علي رغم كاركرد در شرايط رقيق، در حدود 17 درصد بازگشت ناپذيري كمتري نسبت به احتراق ديفيوژن داشته و از ديدگاه قانون دوم ترموديناميك عملكرد مطلوبي دارد. همچنين انتقال حرارت به بدنه محفظه احتراق در حالت شعله برخاسته نسبت به شعله چسبيده حدود 14 درصد بيشتر است.

Low swirl burners present an effective approach to increase stability in lean premixed combustion. Effects of swirl number as a key parameter in the performance of these burners have been investigated in several studies with different conditions of pressure, bulk velocity equivalence ratio and geometrical specifications. Swirler distance from the exit, called recess length is another key parameter, which affects the performance of the burner and there are a few studies about its effects on the performance of the burner. In this study by design and fabrication of a low swirl burner and setup a rig test, several combustion parameters include flame temperature; flow rate, pressure and temperature of the air and fuel, and analysis of combustion products have been measured. And the effects of recess length and equivalence ratio variations on the performance of the low swirl burner have been studied. In addition, the exergy analysis has been done in order to investigate the performance of these burners. Results reveal that increasing recess length would result in wider range of lifted flame for different equivalence ratios. In addition, results also show that although low swirl combustion is working on lean condition, it has about 17 percent lower irreversibility ratio in comparison with diffusion flame from second law of thermodynamic point of view. Besides, the heat transfer ratio has been increased about 14 percent in the lifted flame in comparison with the attached flame.