ارائه‌کننده: مهران کرامتی‌پور 
استاد راهنما: دکتر محمد ضابطیان طرقی 
استاد ناظر داخلی: دکتر مهدی معرفت 
استاد ناظر خارجی: دکتر جواد امینیان
تاریخ: 1402/11/11
ساعت: 9:30 
مکان: دانشکده مهندسی مکانیک، کلاس 154

چکیده: 
در اين مطالعه، شرايط حاکم بر يک کوره احتراق بدون شعله سوخت گاز طبیعی و هوا با سامانه بازچرخانی داخلی در مقیاس آزمايشگاهی بررسی خواهد شد. سامانه بازچرخانی داخلی دارای بازو جهت افزايش ضريب بازچرخشی در داخل کوره قرار گرفت و تاثیر تغییر زاویه آن بر پارامترهای احتراق MILD نظیر حرارت آزاد شده، توزیع دما و ضریب بازچرخانی داخلی مورد بررسی قرار گرفت. در شبیه‌سازی کوره‌ی MILD و شرایط حاکم از نرم‌افزار Ansys Fluent 2022 R2 استفاده شد. برای مدل‌سازی آشفتگی از مدل آشفتگی k-ε استاندارد با تصحیح ضرايب آن، مدل مفهوم اتلاف گردابه با تصحیح ثابت‌های اين مدل، به منظور مدل‌سازی احتراق با سینتیک شیمیايی کاهش يافته DRM22 مورد استفاده قرار گرفت. با تغییر زاویه بازوی سامانه، الگوی جریان، طول ناحیه بازچرخانی، بیشینه دما، یکنواختی دما و سایر پارامتر‌های احتراقی تغییر می‌کند و این تغییرات در این مطالعه بررسی می‌شود. در این پژوهش زاویه بازوی سامانه را نسبت به افق از 15 تا 90 درجه (حالت بدون بازو) با فواصل 15 درجه‌ای تغییر داده شد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با افزایش زاویه بازو و بازتر شدن هندسه تا 60 درجه جریان به داخل کوره بهتر هدایت می‌شود و مقدار و ناحیه بازچرخانی در هندسه چهار با زاویه بازو 60 درجه بیشترین مقدار است. ضریب بازچرخانی در هندسه چهار دارای مقدار 6/85 می‌باشد. با بیشتر شدن زاویه بازو به مقدار 75 درجه و حالت بدون بازو، ضریب بازچرخانی و همپنین ناحیه بازچرخانی کمتر می‌شود. دلیل ناحیه بازچرخانی کوچک در زوایای زیاد و بازتر شدن سامانه این است که جریان متوجه بازوی سامانه نمی‌شود و بازو نمی‌تواند جریان را به حد کافی متلاطم کند. در زوایای کوچک‌تر که هندسه بسته‌تر می‌شود نیز مقطع خروجی جریان از سامانه کاهش پیدا خواهد کرد و در نتیجه باعث ایجاد یک اختلاف فشار بیشتر درون و بیرون سامانه می‌شود. این اختلاف فشار موجب افزایش سرعت به سمت لوله‎ خروجی شده و در نتیجه کاهش ناحیه بازچرخانی و نرخ آن را در پی دارد. با بررسی معیار وونینگ نتیجه شده که هر شش هندسه پیشنهادی در حالت MILD قرار دارند و با کاهش ضریب بازچرخانی در هندسه‌های پنج و شش با زوایای 75 و 90 درجه (بدون بازو) به مرز ناپایداری نزدیک‌تر می‌شویم. با بررسی بیشینه حرارت آزاد شده محلی نتیجه شد که هندسه دو با زوایه بازوی 30 درجه، مقدار بیشینه حرارت آزاد شده با مقدار 1/23 وات را دارد که افزایش 54 درصدی نسبت به حالت بدون بازو دارد. از آنجایی که پتانسیل انتقال حرارت در کاربرد‌های صنعتی و کوره‌های عملیات حرارتی مطرح است، از نتایج فوق می‌توان نتیجه گرفت طرح هندسه‌ با زاویه 30 درجه بازو بهترین هندسه پیشنهادی برای کاربرد‌های عملیات حرارتی می‌باشد. هندسه چهار با زاویه ‎60 درجه نیز با انحراف از معیار 0/018 وات کمترین انحراف از معیار را دارد. دلیل این امر این است که با افزایش نرخ بازچرخشی در این طرح هندسه، غلظت اکسیژن کاهش یافته و در نتیجه حجم نواحی واکنشی گسترده‌تر خواهد شد و حرارت به صورت یکنواخت‌تر‌ آزاد می‌شود. با بررسی نتایج دما نتیجه شد که با کمتر بودن زاویه‌ بازوی سامانه (بسته‌تر شدن سامانه) و تجمع بیشتر جریان احتراقی درون آن، دما از 1727 کلوین (برای هندسه بدون بازو) به مقدار 1738 کلوین (برای با زاویه بازو 15 درجه) افزایش می‌یابد.