دانلود فایل: دانلود پروژه رشته برق در مورد احتراق ذرات – قسمت پنجم

دانلود پایان نامه

-2-5- سيستم تهويه

            به مقصود جلوگيري از پخش ذرات سوخته و نسوخته آلومينيوم درمحيط و عدم آلودگي محيط زيست، اين ذرات بايد توسط يك سيستم جمع‌آوري شوند. به اين مقصود يك هود در بالاي دستگاه آزمايش قرار داده شده می باشد تا مخلوط سوخت و هوا پس از خروج از لوله آزمايش توسط اين قسمت جذب شده و پس از عبور از فيلترهايي كه ذرات معلق را در خود نگه مي‌دارند به محيط خارج تخليه گردد. شكل (3-4) طرحواره ‌اي از سيستم تهويه و متعلقات آن را نشان مي‌دهد.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

3-3- روش انجام آزمايش

            همانگونه كه پيشتر نيز ذكر گردید ذرات سوخت درپايين دستگاه با گاز ورودي كه درآزمايشات ما شامل %21 اكسيژن و %79 نيتروژن بوده در هم شده و در بالاي لوله به وسيله سيستم ايجاد شعله با بهره گیری از سيم كرم سيكل و يا تنگستن مشتعل مي‌شوند. اما هنگام عبور مخلوط سوخت و هوا از داخل لوله تعدادي از اين ذرات به بدنه لوله مي‌چسبند و درنتيجه غلظت مخلوط ورودي به لوله بيشتر از غلظت مخلوط خروجي از لوله مي‌باشد. به اين دليل آغاز بايد چند ثانيه‌اي براي به وجودآوردن شرايط پايا، مخلوط سوخت و هوا از داخل لوله تعدادي از اين ذرات به بدنه لوله مي‌چسبند و درنتيجه غلظت مخلوط ورودي به لوله بيشتر از غلظت مخلوط خروجي از لوله مي‌باشد. به اين دليل آغاز بايد چندثانيه‌اي به وجودآوردن شرايط پايا، مخلوط سوخت و هوا را از داخل لوله عبور داد. پس از اينكه غلظت مخلوط خروجي ثابت گردید دستگاه به حالتي پايا رسيده و آماده آزمايش مي‌باشد.

       مخلوط سوخت و هوا درانتهاي باز بالاي لوله بوسيله سيم تنگستن مشتعل مي‌گردد. اين شعله به علت فشارهواي خروجي از لوله كه، طرف بالا مي‌باشد دربالاي لوله ساكن مي‌ماند. البته اگر شدت هواي خروجي از لوله يا هواي ورودي به دستگاه تهويه خيلي كم يا زياد باشد شعله يا به طرف بالا حركت كرده، يا خاموش شده و يا به سمت پايين لوله حركت مي‌كند. زماني كه شكل شعله در دهانه خروجي لوله به حالتي پايدار رسيد، جريان گاز بوسيله شيربرقي قطع شده وشعله درلوله به سمت پايين حركت مي‌نمايد. تشكيل شعله و انتشار آن توسط يك دوربين تصويربرداري سرعت بالا با قابليت 8000فريم درثانيه ثبت مي‌گردد. درشكل (3-5)، تصويري از شعله ذرات آلومينيوم درمخلوطي از گاز ذكر شده كه دربالاي لوله شيشه‌اي تشكيل گرديده نشان داده شده می باشد.

       در انتهاي لوله شيشه‌اي از يك شعله خفه كن بهره گیری شده كه براي خاموش كردن شعله‌هاي احتمالي مورد بهره گیری قرارگرفته تا از ورود شعله به منبع تغذيه ذرات جلوگيري گردد.

       براي بدست آوردن سرعت انتشار شعله، لوله شيشه‌اي (محفظه احتراق) به فواصل مساوي تقسيم مي‌گردد تا هنگام عبورشعله بتوان زمان طي شدة فواصل معين شده را بدست آورد. اين اقدام با شمارش تعداد فريم‌ها كسري از ثانيه را تشكيل مي‌دهد انجام مي‌گيرد. با داشتن زمان و فاصله طي شده توسط شعله، سرعت انتشار شعله محاسبه مي‌گردد. شكل (3-6) نمايشگر تقسيم‌بندي محفظه احتراق مي‌باشد.

       سرعت سوزش نيز از ارتباط زير بدست مي‌آيد.

       (3-2)                                                                         

كه درآن S سرعت سوزش، V سرعت انتشار، At مساحت سطح مقطع لوله و A­­f مساحت سطح شعله مي‌باشد. مقدار كسر براي شعله آرام 5/1 وبراي شعله آشفته 2 درنظر گرفته شده می باشد [].

3-4- نحوه كاليبراسيون:

            قبل از انجام آزمايش ليزر را به مدت 15دقيقه روشن مي‌كنيم تا گرم گردد. آنگاه سيلندرسيستم تزريق دستگاه را از آلومينيوم با قطر موردنظر پر مي‌نمائيم. سپس 2عدد فيلتر از نوع فيلترهاي موردمصرف روپزشكي را به يكديگر دوخته و به پمپ مكنده نصب مي‌كنيم. سپس دستگاه راجهت انجام آزمايش آماده مي‌نمائيم. شيرهوا را بازنموده و دبي جرمي را از روتامتر مي‌خوانيم.

       كليد تزريق را چندين بار به حالت خاموش و روشن مي‌زنيم. پس از اينكه ابر ذرات تشكيل شده در بالاي لوله به حالت يكنواخت درآمد، به مدت 5ثانيه فيلتر را جلوي لوله قرارمي‌دهيم تا ذرات به داخل آن نفوذ كنند. همزمان تغيير آمپر جريان دوطرف مقاومت آشكارساز[1] پس از تحليل ديجيتالي روي مانيتور كامپيوتر نشان داده مي‌گردد. ذرات رسوب كرده روي فيلتر با بهره گیری از ترازوي ديجيتالي توزين مي‌شوند.

نتايج اخذ شده از آزمايش را درفرمول ذيل قرارمي‌دهيم:

         (3-2)                                                                    

كه در آن mf­ جرم نهايي فيلتر، mI جرم اوليه فيلتر، t زمان رسوب روي فيلتر و Q دبي جرمي هوا مي‌باشد.

مقادير به ترتيب روي محور عرضي (y) و طولي (x) ترسيم مي‌شوند. با بهره گیری از روشهاي آماري (حداقل مجذور فاصله)، از مجموعه داده‌ها يك خط عبور داده مي‌گردد. ضريب زاويه اين خط براي كاليبراسيون نتايج آزمايشاتي كه غلظت ذرات از ليزر خوانده شده می باشد به كار مي‌رود. نمونه‌اي از نمودارهاي كاليبراسيون درشكل (3-7) نشان داده شده می باشد [ ].

3-5- نتايج آزمايش

            با انجام آزمايشات متعدد و بررسي تصاوير بدست آمده از دوربين سرعت بالا نظاره مي‌گردد كه انتشار شعله درجهت شتاب ثقل در داخل لوله شيشه‌اي را مي‌توان به دوناحيه عمده تقسيم نمود.

       درناحيه اول كه حدود تا طول بالايي لوله را شامل مي‌گردد، شعله آرام بوده تقريباً با سرعتي ثابت منتشر مي‌گردد. پيشاني شعله دراين ناحيه برون اعوجاج و تقريباً تخت و يا سهمي شكل[2] مي‌باشد. اشكال (3-8) و (3-9) تصاويري از شعله آرام ذرات آلومينيوم را درمخلوطي از گاز اكسيژن – نيتروژن نشان مي‌دهد. همچنين درغلظتهاي پايين، تعدادي اعوجاج با مقياسي درحدود قطرلوله نظاره مي‌گردد (شكل (3-10)).

       ناحيه دوم معمولاً زماني كه غلظت ذرات نزديك به مقدار استوكيومتريك باشد به وجودمي‌آيد. اين ناحيه با نوسان شعله آغاز مي‌گردد به طوريكه نورشعله به صور متناوب كم و زياد مي‌گردد. دومين مرحله انتشار شعله ذرات، بعد از اينكه شعله حدود 20 تا 40سانتيمتر درناحيه نوساني همراه با افزايش دامنه نوسانات انتشار يافت، آغاز مي‌گردد. شعله دراين ناحيه ناگهان مجبور به تحمل نوسانات سريع نامنظم گرديده كه شعله را آشفته نموده و شتاب سريعي به آن مي‌دهد. درناحيه آشفته سرعت شعله با شتاب زيادي افزايش يافته و پيشاني شعله در اين ناحيه داراي اشكال مختلفي مي‌باشد. مانند اين اشكال مي‌توان به چين خوردگيهاي نامنظم، كشيدگي بيش از حد شعله از يك سمت، عدم پيشروي بخشي از شعله برخلاف بخشهاي ديگر وجود ورتكسها درشعله و چند تكه شدن شعله تصریح نمود. شكل (3-11) تصويري از يك شعله آشفته را نشان داده كه درآن پيشاني شعله داراي چين خوردگيهاي نامنظم مي‌باشد. شكل (3-12) تصويري از يك شعله آشفته كه پيشاني آن از سمت چپ به پايين كشيده شده را نشان مي‌دهد. شكل (3-13) عدم پيشروي بخشي از شعله را درپيشاني شعله نشان مي‌دهد. شكل (3-14) چند تكه شدن شعله آشفته را به تصوير مي‌كشد. شكل (3-15) نيز نمايانگر وجود ورتكسها درشعله آشتفته مي‌باشد.


4-1- مقدمه :

در اين بخش در ادامه بررسي احتراق ذرات ريز جامد به بحث و بررسي در خصوص پارامتر فاصله خاموشي مي‌پردازيم. براي اين مقصود از همان دستگاه آزمايش فصل قبل بهعلاوه صفحات خاموشي كه در فاصله 3/1 از بالاي لوله به كار گرفته شده بود بهره گیری نموديم. آزمايشات اين بخش با هدف بررسي تأثير اكسيدايزر و گاز بسته بر حد رقيق غلظت و فاصله خاموشي شعله ابر ذرات آلومينيوم با قطر 18 ميكرون انجام شده می باشد.

اولين بار مطالعه بر روي فاصله خاموشي بوسيله همفري ديوي[3] در 1815 م. زماني كه وي علاقمند به ابداع راههايي براي جلوگيري از انفجار در معاددن زغال سنگ گردید، انجام گرفت. چند ماه بعد او كارهاي تجربي را بر روي احتراق گاز متان شروع نمود. تا سال 1918 م. در خصوص فاصله خاموشي مقادله‌اي ارائه نگرديد، تا اينكه پيمان و ويلر[4] كارهايشان را روي انتشار شعله در ميان لوله‌هاي كوچك ارائه نمودند. بدين وسيله مشخص گردید كه سرعت انتشار شعله در مخلوط هوا ـ زغال سنگ خيلي بيشتراند مخلوط متان ـ هوا مي‌باشد. حدود يا قطر خاموشي بدين صورت تعريف مي‌گردد؛ حداقل فاصله‌اي كه به شعله اجازه عبور داده يا بيشترين فاصله‌اي كه باعث خاموش شدن شعله مي‌گردد.

روشهاي مختلفي جهت اندازه‌گيري فاصله خاموشي هست كه در عبارتند از روش برنز[5]، روش لوله، روش انرژي جرقه، روش دياگرام پايداري و روش صفحات خاموشي {}. روش مورد بهره گیری در آزمايشگاه احتراق دانشگاه علم و صنعت ايران روش صفحات خاموشي مي‌باشد كه به ذكر مختصري در خصوص اين روش و نحوه عملكرد آن مي‌پردازيم.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

4-1-1- روش صفحات خاموشي :

يكي از روشهاي بدست آوردن فاصله خاموشي بهره گیری از صفحات خاموشي مي‌باشد. در اين روش با قرار دادن يك سري از صفحات موازي فلزي در مسير حركت شعله باعث استهلاك و در نتيجه خاموش شدن شعله مي‌شويم. اگر شعله در عبور از بين صفحات خاموشي، خاموش گرديد، فاصلة بين صفحات را فاصله خاموش ناميده و آنرا با نماد dq نمايش مي‌دهيم.

4-1-2- نحوه عملكرد صفحات خاموشي:

قبل از انجام آزمايش، صفحات خاموشي در دماي محيط قرار دارند و اصطلاحاً مي‌گوئيم كه سرد مي‌باشند. به همين خاطر شعله در هنگام عبور از بين صفحات، با آنها تبادل حرارتي انجام مي‌دهد. بخش اعظم اين تبادل حرارتي به شيوه انتقال حرارت هدايتي مي‌باشد. اگر كل انرژي حرارتي كه توسط شعله ايجاد مي‌گردد به صفحات انتقال يابد، شعله خاموش مي‌گردد. به عبارت ديگر هنگامي شعله در بين صفحات خاموشي، خاموش مي‌گردد كه داشته باشيم:

نرخ حرارت تلف شده از ناحيه شعله به ديواره صفحات خاموشي = نرخ حرارت توليد شده در شعله نكته قابل ذكر اينكه پس از خاموش شدن شعله در بين صفحات خاموشي، دماي صفحات بيش از چند درجه افزايش نمي‌يابد به گونه‌اي كه مي‌توان صفحات را بدست گرفت. از آنجا كه جرم ذراتي كه در حال احتراق هستند بسيار كم مي‌باشد لذا، با وجود دماي شعله كه بيش از هزار درجه كلوين مي‌باشد. مقدار حرارت انتقال يافته توسط شعله اندك مي‌باشد. هر چه فاصله بين صفحات خاموشي كمتر گردد باعث تلفات بيشتر شعله گشته تا حدي كه اين افزايش تلفات ديگر قابل جبران نبوده و منجربه خاموش شدن شعله مي‌گردد. بنابراين اگر در آزمايش شعله از بين صفحات خاموشي عبور كرد بايد از صفحاتي با فاصله كمتر بهره گیری نمود.

4-1-3- ديدگاه كاربردي صفحات خاموشي:

بحثي كه در اين خصوص در ضايعي كه با ذرات ريز جامد سروكار دارند مطرح مي‌باشد بيشتر باعث ايمني می باشد. اينكه آيا منافذ و سوراخهايي كه در مجموعه و سيستم‌هاي درگير با ذرات ريز جامد وجود دارند داراي حداقل ابعاد مي‌باشند يا نه بحثي می باشد كه از اين طريق پيگيري مي‌باشد. بديهي می باشد كه منافذ موجود بايد از حداقل فاصله خاموشي يعني dol/min  كوچكتر باشد. چرا كه اگر انفجار و يا احتراقي به وجودآيد البته از شيارها شروع به نفوذ مي‌كند. اگر فاصله شيارها كمتر از حداقل فاصله خاموشي نباشد جت گرم گاز به ناحيه بعدي تزريق مي‌گردد. در صورتيكه در ناحيه بعدي مواد قابل اشتعال و يا احتراق موجود باشند امكان وقوع انفجار افزايش مي‌يابد و بنابراين شيارها بايد طوري طراحي شده باشند كه جت گرم نيز نتواند رسوخ كند. به اين فاصله، حداكثر فاصله تجربي ايمني مي‌گويند.

4-2- روش انجام آزمايش:

روش انجام آزمايش دقيقاً همانند آزمايشات فصل قبل مي‌باشد.

4-3- نتايج آزمايش:

در اين قسمت به ذكر آزمايشات انجام شده به همراه نمودارهاي بدست آمده مي‌پردازيم.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

4-3-1- آزمايش فاصله خاموشي ذرات آلومينيوم با قطر 18 ميكرون:

قبل از انجام آزمايش، ذرات 18 ميكرون را به مدت 48 ساعت در كوره خشك كن قرار مي‌دهيم تا كاملاً خشك شوند. سپس اين ذرات را در داخل سيلندر مربوطه مي‌ريزيم. صفحات خاموشي را تميز نمود. و به ترتيب از فواصل كوچك به بزرگ مرتب مي‌كنيم. آغاز از صفحات 3 ميلي‌متر شروع مي‌نمائيم. صفحات 3 ميلي‌متر را در فاصله 3/1 از انتهاي باز لوله به پايين به گونه عمودي در داخل لوله نصب مي‌كنيم. آنگاه به ترتيبي كه در قسمت قبل تصریح گردید، ذرات را به داخل لوله آزمايش نزريق مي‌كنيم و پس از ايجاد جريان يكنواخت ذرات در بالاي لوله، ذرات را توسط سيم تنگستني ملتهب مشتعل مي‌كنيم و آنگاه سيستم تزري را قطع نموده و اجازه مي‌دهيم تا شعله در امتداد لوله به سمت پايين منتشر گردد. آزمايشات نشان مي‌دهند كه شعله انتشار يافته به شمت پايين در شرايط مختلف مي‌تواند از صفحات خاموشي عبور كند و در پشت صفحات همچنان به حركت خود ادامه دهد و يا اينكه در گذر از صفحات، حرارت خود را از دست داده و خاموش گردد، جزئيات احتراق ابر ذرات آلومينيوم به قطر 18 ميكرون در مخلوطي از 21% اكسيژن و 79% نيتروژن در جدول ( الف – 6 ) ضميمه آمده می باشد. نتايج تغييرات فاصله خاموشي و غلظت در شكل (4-3 ) آمده می باشد. همانطور كه ملاحظه مي‌گردد اشتغال در غلظتهاي پايين‌تر از

( g/m3 ) 95 مي‌باشد و حداقل فاصلة خاموشي برابر 3 ميليمتر می باشد.

دومين سري از آزمايشات با ذرات آلومينيوم به قطر 18 ميكرون در مخلوطي از 30% اكسيژن و 70% نيتورژن انجام گردید. جزئيات اين آزمايشات در جدول ( الف – 7 ) ضميمه آمده می باشد. نتايج آزمايشات به صورت انتشار و خاموشي و عدم تشكيل شعله دايره توپي، دايره تو خالي و مثلث در شكل ( 4-4 ) ترسيم شده می باشد. آنگاه با بهره گیری از يك خط، منحني نقاط انتشار و خاموشي شعله را از يكديگر جدا مي‌كنيم. همانطور كه ديده مي‌گردد در غلظتهاي پايين‌تر از 85 گرم بر متر مكعب، شعله در همه صفحات خاموش مي‌گردد: بنابراين حد اشتغال پذيري در اين غلظت مي‌باشد. همچنين نظاره مي‌گردد كه در غلظتهاي مختلف، شعله در فاصله خاموشي بين 1تا2 ميليمتر خاموش مي‌گردد و به عبارتي ديگر پيش‌بيني مي‌كنيم كه حداقل فاصله خاموشي براي ذرات آلومينيوم 18 ميكرون در مخلوطي از 30% اكسيژن و 70 % نيتروژن، 1 ميليمتر مي‌باشد.

سري سوم آزمايشات با تغيير گاز بستر انجام گردید. به اين معني كه در اين سري از آزمايشات گاز آرگون را جايگزين گاز نيتروژن كه در آزمايشات قبلي از آن به عنوان گاز بستر بهره گیری مي‌گردید نموديم. تركيب گاز بهره گیری شده به صورت 21% اكسژن و 79% آرگون مي‌باشد. همانطور كه در مورد آزمايشات قبلي ذكر شده آزمايش فاصله خاموشي با گاز 21% اكسيژن و 79% آرگون نيز به همان ترتيب دنبال گردید. جزئيات اين آزمايشات در جدول

( الف – 8 ) بخش ضميمه آمده می باشد. نتايج اين آزمايشات به لحاظ تغييرات فاصله خاموشي در شكل ( 4-5 ) آمده می باشد. همانطور كه ملاحظه مي‌گردد حد اشتغال براي گاز 21% اكسيژن و 79 % آرگون، در حدود 205 گرم برمتر مكعب و حداقل فاصله خاموشي 2 ميليمتر می باشد.

نكته حائز اهميتي كه در مبحث فاصله خاموشي مطرح مي‌باشد: اين می باشد كه ما در نمودار تغييرات فاصله خاموشي برحسب تغيير غلظت يك خط دو ناحيه خاموشي شعله و انتشار آن را جدا كند، بلكه يك باند داريم كه اين دو ناحيه را از هم جدا مي‌نمايد.

4-4- بحث و مقايسه در نتايج:

همانگونه كه ملاحظه گرديد حد رقيق غلظت جهت انتشار شعله ذرات آلومنيوم با قطر 18 ميكرون براي ( 21% اكسيژن و 79 % نيتروژن )، ( 30 % اكسيژن و 70 % نيتروژن ) و ( 21% اكسيژن و 79 % آرگون ) به ترتيب 95 ، 85 ، 205 گرم بر مترمكعب و حداقل فاصله خاموشي به ترتيب 3، 2 < dq 1و2 ميليمتر بدست آمد.

در آزمايشات آقاي صديقي {} براي ذرات 18 ميكرون ( 21% اكسيژن و 79 % نيتروژن ) حد اشتغال 130 گرم به مترمكعب و حداقل فاصله خاموشي 4 ميليمتر بدست آمده بود. به شكل (4-6 ) توجه كنيد.

این نوشته در برق ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید