مطالعه عددی اثر هندسه بر عملکرد حرارتی یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز

چکیده مقاله

بیوگاز یک سوخت کم‌کالری است که از متان (%70-50) و کربن‌دی‌اکسید (%50-30)، با مقادیر کمیاب از سایر ذرات تشکیل شده‌است. احتراق سوخت‌های کم‌کالری اغلب شامل چالش‌های قابل توجهی در رابطه با پایداری شعله در بیشتر مشعل‌های معمولی است. احتراق محیط متخلخل یک روش مؤثر برای هدایت گرمای شعله به مخلوط ورودی است که می‌تواند سبب افزایش پایداری شعله شود. در بیشتر مطالعات، از بیوگاز در کار آزمایشگاهی یا شبیه‌سازی عددی با هندسه ساده استفاده شده‌است. در این مطالعه یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز با هندسه برگرفته از یک کار آزمایشگاهی به‌صورت دوبعدی شبیه‌سازی عددی شده‌است و اثر هندسه مشعل که در تحقیقات قبل بررسی نشده بود، بر روی توزیع دمای جامد متخلخل و بازده تابشی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهد که کاهش مقدار کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت باعث افزایش دمای سطح مشعل می‌شود. همچنین تغییر در سطح مشترک لایه‌های متخلخل که به دو صورت مخروطی و کروی در دو حالت همگرا و واگرا شبیه‌سازی شده‌است، باعث تغییر در مکان تشکیل شعله، دمای بیشینه احتراق، دمای سطح مشعل و بازده تابشی مشعل می‌شود. بیشترین دمای احتراق و بیشترین دمای سطح مشعل برای هندسه مخروطی در حالت همگرا رخ می‌دهد. با افزایش 10 درصد کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت بیوگاز ورودی، بازده تابشی به‌طور متوسط 25 درصد کاهش می‌یابد. بازده تابشی مشعل واگرا در حالت هندسه مخروطی حدود 37 درصد و در حالت هندسه کروی حدود 25 درصد بیشتر از مشعل همگرا است. بیشترین بازده تابشی برای مشعل واگرا با کربن‌دی‌اکسید 30 درصد می‌باشد