بررسي تجربي احتراق پايدار و پديده برگشت شعله در يك مشعل متخلخل دولايه اي

An experimental study of stable combustion and flashback phenomenon in a double-layer porous burner

در پژوهش حاضر، عملكرد يك مشعل متخلخل دولايه اي، كه در لايه اول سراميك از جنس SiC و لايه دوم گلوله هاي آلوميناسيليكاتي (Al2SiO5) استفاده شده است، به صورت تجربي بررسي شده است. يك موضوع بسيار مهم در رابطه با اين مشعل ها پايداري شعله در سطح بستر متخلخل است. بنابراين، ضروري است كه به منظور جلوگيري از ايجاد برگشت شعله ناگهاني در مشعل متخلخل، شرايطي كه منجر به ناپايداري (پديده برگشت شعله) مي شود را بررسي كرد. در اين تحقيق، اثرات قطر گلوله در پايين دست، نسبت هم ارزي و نرخ آتش بر دماي شعله، محدوده عملكرد پايدار مشعل، پديده برگشت شعله و انتشار آلاينده ها بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد كه شعله در محدوده نسبت هم ارزي ۰/۳۵ تا ۰/۴۵ در داخل بستر متخلخل پايدار مي شود. با كاهش نسبت هم ارزي، شعله به سمت پايين دست حركت مي كند. همچنين، با افزايش قطر گلوله در پايين دست مشعل، دماي بيشينه شعله و دماي سطح مشعل كاهش مي يابد. با افزايش نسبت هم ارزي، مدت زمان برگشت شعله كاهش مي يابد. همچنين، با افزايش تخلخل در پايين دست مشعل مدت زمان برگشت شعله كاهش مي يابد. ميزان هواي اضافي نيز تاثير قابل توجهي روي ميزان CO دارد كه ميزان CO، با كاهش نسبت هم ارزي، كاهش مي يابد. در تمام اندازه گيري ها، ميزان NOx به خاطر دماي پايين شعله مقدار ناچيزي (كم تر از 5 ppm) است.

In the current research، a double-layer porous burner has been studied، in which SiC ceramics and alumina silicate (Al2SiO5) balls have been used in the first and second layers، respectively. A very important issue in relation to porous burners is to stabilize the flame on the surface of the porous media. Therefore، it is essential to evaluate the conditions that lead to instability (flashback phenomenon) in order to prevent sudden flashback of the flame in the porous burner. In this paper، the flame temperature، flame stability limit، flashback phenomenon and pollutants formation have been evaluated by changing operating parameters such as diameter of the balls، equivalence ratio and firing rate. Results show that a stable flame prevails in the range of equivalence ratio of 0.35-0.45. The flame moves downstream by reducing the equivalence ratio. Moreover، the maximum flame temperature and the surface temperature decrease by increasing the diameter of the balls. The flame flashback time decreases by increasing the equivalence ratio. In addition، increasing porosity downstream of the burner decreases flashback time. The amount of the excess air has a significant effect on the amount of CO، such that the concentration of CO reduces by reducing the equivalence ratio. The NOx concentration is negligible in all of the experiments (below 5 ppm) due to low temperature of the burner.