دانلود فایل پایان نامه : دانلود پروژه رشته برق در مورد احتراق ذرات – قسمت دوم

دانلود پایان نامه

-3-13- حدود اشتعال

مقصود از حدود اشتعال اين می باشد كه بدانيم حد ايجاد اشتعال كجا بوده و در چه ناحيه‌اي از غلظت، شعله نداريم. علاوه بر اين از شعله اضافي يعني بالاتر از حد اشتعال جلوگيري كرده، چرا كه اگر مثلاً كارخانه اي در فضاي پايين تر از حد اشتعال باشد ايمن مي باشد. شكل (1-12) حدود اشتعال را در احتراق ذرات آ‌لومينيوم در مخلوطي از اكسيژن- نيتروژن نشان مي دهد.

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

فصل دوم

بررسي رفتار احتراقي ذرات ريز فلزي

2-1- مقايسه انتشار شعله در ابر ذرات بور، آلومينيوم، منيزيم، زيركونيم و آهن [   ]

كاري كه توسط آقايان Shevchuk، Boychuk، Goroshin و Kostyshin در دانشگاه ايالتي ارسا انجام شده، در زمينه انتشار شعله در ابر ذرات فلزي مختلف با اندازه‌هاي مشابه مي باشد. ذيلاً شرحي از كار ايشان و نتايج بدست آمده مورد بررسي قرار خواهد گرفت. در اين آزمايشات دو مسئله حائز اهميت مي باشد؛ اول بررسي شرايط لازم جهت انتشار شعله در ابر ذرات بود و مسئله دوم مقايسه سرعت شعله بين فلزات مختلف در شرايط يكسان.

اين مقايسات بايد بر مبناي سرعت سوزش انجام گردد چرا كه ابر ذرات مختلف نه تنها ممكن می باشد در ميزان سرعت انتشار متفاوت باشند بلكه در شكل سطحي نيز تفاوت داشته باشند. لذا در اين كار اثر غلظت بر سرعت سوزش در مخلوطهايي از هوا و Mg، Al، Zr، Fe و B مورد بررسي قرار گرفته می باشد. آزمايشات در لوله هاي شيشه‌اي ي عمودي با قطر m035/0 و طول m1 انجام شده می باشد به طوريكه سوخت از پايين لوله كه محصور شده می باشد به سمت بالا حركت مي كند و در بالاي لوله كه باز مي باشد مشتعل مي گردد. جرقه اوليه جهت ايجاد اشتعال توسط يك جرقه زن الكتريكي با توان 27 وات ايجاد مي گردد.

در مخلوطهايي از Mg، Al، Zr و هوا ويژگيهاي فرايند احتراق بسيار پيچيده و ناپايدار مي باشد. يك Photoregistrogram از حركت شعله در مخلوط آلومينيوم- هوا در شكل (1) به همراه بخشهايي از سطح شعله در مقاطع متناظر نشان داده شده می باشد. شكل (1) در مقاطع گذار از يك حالت به حالت ديگر مورد بررسي قرار گرفته می باشد:

در آغاز يك شعله آرام كه شكل سطح آن شبيه يك منحني سهمي مي باشد به گونه مستقيم در داخل مخلوط سوخته پيش مي رود (بخش a-b در شكل (1))، سپس يك شعله مرتعش با شكل ثابت (نوع اول) و با فركانس ارتعاش (b-c)، در ادامه يك شعله مرتعش با شكل موج دار روي سطح (نوع دوم، c-b) و در نهايت يك شعله آشفته با ويژگيهاي توسعه يافته (d-e).

شكل (2) وابستگي سرعت سوزش vf به غلظت سوخت، c، را نشان مي دهد.

در سوزش كند مخلوط هوا و ذرات آهن، تنها رژيمهاي آرام و مرتعش نوع اول هست. در مخلوطهاي هوا- بور ، آغاز فرآيند انتشار با موفقيت همراه نشد زیرا ذرات بور سوخته شده در شعله جرقه زن به سمت بالاي لوله خارج مي‌شوند.

در همه مخلوطهاي Ze,Al,Mg با اكسيژن كه در آن بيشتر از 4/0 مي باشد يك رژيم نوساني شديد احتراقي و بلافاصله به دنبال آن گذار به رژيم آشفته ديده مي‌گردد. در مخلوطهاي اكسيژن- بور كه در آن 7/0 يا 4/0= مي باشد، انتشار پايدار شعله محقق نشد. تنها تكه هاي جداگانه اي از شعله سعي در انتشار داشتند كه خاموش شدند. اما در 7/0> فرآيند احتراق داراي ويژگيهاي يك شعله آرام (Laminor) بوده كه در آن شعله داراي سرعت انتشار ثابت و پيشاني تقريباً تخت همانند شكل (3) مي باشد. تنها بي ثباتي مشهود در فرايند انتشار شعله در مخلوط B+O2 بي ثباتي در جابجايي شعله می باشد كه به صورت تغييرات متناوب در انحراف سطح شعله به سمت ديواره هاي لوله ظاهر مي گردد. مورد مشابه اين اثر در مخلوطهاي هوا و آهن نيز ديده مي گردد.

همچنين ورتكسهايي در ناحيه محصولات احتراق به وجودمي آيد. در واقع شرط لازم جهت تشكيل ورتكسها در ناحيه محصولات احتراق در نزديكي ناحيه احتراق،
04/0Fr< مي باشد (، كه در آن g شتاب جاذبه و D قطر لوله مي باشد) (Abrukov, Samonov, 1958). بور و آهن صادق می باشد و براي ديگر سوختها صادق نمي باشد. بيشترين تلفات احتمالي در لوله هايي كه محدوده انتشار شعله در آن كم مي‌باشد مربوط به ميزان جابجايي شعله در مخلوطهاي بور می باشد. به همين علت، در همه موارد، انتشار شعله در مخلوطهاي بور توسط صفحات خاموشي تقريباً در اواسط لوله خاتمه مي يابد. مورد مشابه اين موضوع در مخلوطهاي هوا و آهن نيز هست.

در مخلوطهاي منيزيم، آلومينيوم، روي و آهن (براي آهن در غلظتهاي كم)، سرعت سوزش شعله آرام با افزايش غلظت سوخت به اندازه افزايش مي يابد. در مخلوطهاي B+O2 سرعت سوزش در محدوده غلظت مورد نظر، به غلظت بستگي نداشته و در حدود cm/sec8 مي باشد. اين نتيجه غير منتظره‌اي می باشد و در حال حاضر هيچ پيش زمينه تئوريكه وجود ندارد.

ضمناً توجه كنيد كه در ابر ذرات مخلوط B+O2 با حجم 5 ليتر، سرعت سوزش در غلظت سوخت g/m3350 برابر cm/s10 بدست آمد. با تعويض بخشي از اكسيژن مخلوط با هيچ سرعت سوزش افزايش يافت به طوريكه در مخلوط
He%40+ O2%60+B سرعت سوزش در غلظت ياد شده cm/s6/13 بدست آمد.

بعنوان نتيجه بحث مي توان مكان زير را بيان نمود.

1- شعله آرام ساكن در مخلوطهاي بور حاوي اكسيژن زياد (7/0>) مي تواند شكل بگيرد كه علت آن مقدار كم سرعت سوزش و تاثير جابجايي طبيعي مي باشد (انتشار شعله در لوله ها در راستاي بردار ).

2- در مخلوطهاي اكسيژن- بور، سرعت سوزش اساساً به ميزان غلظت سوخت بستگي ندارد، كه اين قضيه احتمالاً دليلي بر ضعيف بودن مكانيزم فعال سازي اشتعال بور مي باشد.

3- براساس مقادير بدست آمده، سوختهاي آزامايش شده به لحاظ مرتبه فعال سازي (activity) مي توانند به ترتيب زير قرار گيرند: Mg، Zr، Al، Fe و B. همين ترتيب در ارتباط با پايداري رژيم سوزش لامينار هست.

2-2- شعله‌هاي آرام پيش‌آميخته در ابر ذرات بور]  [

در اين بخش كار آقايان Goroshin ، Ageyev، Shoshin، Shevchuk، كه در بخش فيزيك دانشگاه ايالتي ؟ انجام شده مورد توجه قرار گرفته می باشد. آنها با آزمايشات متعدد اثر علظت چرمي بود و نوع تركيب مخلوط گاز را بر سرعت سوزش مورد بررسي قرار دارند. ذيلاَ به بررسي و تشريح كار ايشان مي‌پردازيم.

براي تحقيق در خصوص احتراق ابر ذرات بور از شعبه پديدار ؟ پيش‌آميخته نوع جنس (‌Bunsen ) بهره گیری شده می باشد. شكل (‌4) شماتيكي از دستگاه آزمايش را نشان مي‌دهد.

شكل (‌4- الف ) تركيبي از يك پيستون تغذيه كننده و يك شكاف براي پخش ذرات را نشان مي‌دهد. ذرات قبلاَ توسط يك نوسانگر[1] در سيلندر تغذيه كننده فشرده شده‌اند. حركت خطي پيستون در محدوده سرعت تنظيم شده می باشد. ميزان حجم گاز در شيار دايروي ( انواع شيار 30 ميكرون مي‌باشد) ثابت و برابربا  مي‌باشد. تنظيم جريان ذرات در طول يك نازل مخروطي كه توسط آب خنك مي‌گردد با بهره گیری از يك egector انجام مي‌گردد. زمانيكه نياز باشد. جريان ذرات با كمك يك گزمكن الكتريكي حلقوي پيش‌گرم مي‌گردد جهت پيدا نگه‌داشتن شعله غبار ذرات بود از نوع جنس از يك نگهدارنده شعله پروپان – ؟ بهره گیری شده می باشد( به شكل 4 توجه كنيد). تمام جريان مخلوط پروپان، اكسيژن از 10 % جريان ذرات كه از سال خارج مي‌گردد تجاوز نمي‌كند. جديدترين آزمايشات شعله غبار ذرات بر اين نكته تأكيد دارند كه بهره گیری از نگهدارنده شعله[2] در اقدام هيچ تأثيري بر سرعت شعله ندارد. ميزان غلظت غبار ذرات با جمع‌آوري تمام ذرات خارج شده از فيلتر در مدت 5 تا 10 ثانيه و توزين آنها اندازه‌گيري مي‌گردد.

سرعت سوزش با تقسيم ميزان جريان خارج شده از نازل بر سطح مخروطي شعله داخلي محاسبه مي‌گردد از خصوصيات شعله ذرات بور و روشنايي بيش از حد آن مي‌باشد. به همين علت عكسبرداري با فيلتر انجام شده می باشد. درجه خلوص غبار ذرات بور در اين آزمايشات 97 % مي‌باشد. شكل ذرات بور بي‌قاعده و با نظم و عموم ذرات داراي دو نظر متفاوت مي باشند قطر ميانگين ذرات مي‌باشد توزيع قطر ذرات را در شكل ( 5 ) ببينيد.

در اين مقاله گزارش شده می باشد كه زماني كه سرعت شعله بينهايت محكم می باشد، مثلاَ در سوسپانسيونهاي غبار ذرات بور اكيژن خالص موفق به پايدار کردن شعله بنفش شده‌اند. حتي زمانيكه توان پايدار كننده دو برابر گردید. در اين حالت با انتشار شعله در يك لوله عمودي سرعت شعله بدست آمده می باشد.

نتايج تجربي اثر غلظت جرمي بور بر سرعت سوزش در مخلوطهاي گازي با تركيبات مختلف در شكل (6) ارائه شده می باشد حد بالايي غلظت سوخت در آزمايشات را ويژگيهاي سيستم ايجاد جريان ذرات تعيين مي‌كند.

همچنين حد پايين غلظت سوخت ( تقريباَ با عدم امكان ايجاد شعبه پايدار تعيين مي‌گردد.

در اين شكل واضح می باشد كه تغيير غلظت سوخت عملاَ تأثيري در سرعت سوزش ندارد.

شكل (‌7) اثر تركيب مخلوط گاز هليم / اكسيژن بر سرعت سوزش شعله را نشان مي‌دهد. اين شكل بيانگر اين مطلب می باشد كه اثر تركيب مخلوط گاز هليم / اكسيژن بر سرعت سوزش بسيار قوي مي‌باشد. كه بيشترين مقدار آن مربوط به مخلوط گاز مي‌باشد. زمانيكه غلظت اكسيژن كمتر از 24 % باشد، شعله بور در مشعل پديدار نمي‌گردد. در لوله نيز منتشر نمي‌گردد.

تخمين سرعت شعله ،‌ ماداميكه انتقال حرارت مولكولي روي مي‌دهد را مي‌توان بوسيله يك موازنه ساده بين حريانهاي حرارتي بر روي مرز ناحيه احتراق انجام داد.

كه cg و lg به ترتيب ظرفيت حرارتي و چگالي گاز، C3 و B ظرفيت حرارتي و غلظت جرمي سوخت جامد، Ti دماي اشتغال ذرات بور، ضريب هدايت حرارتي ، زمان مشخصه سوزش ابر ذرات و دماي آرياباتيك محصولات احتراق مي‌باشند.

در واقع در غياب تشعشع فاز سرد شده در ناحيه پس از شعله و به علت كوچك بودن نسبت قطر مشعل به محل تلاقي فوتونها در ناحيه پيش از شعله، امكان هیچگاه، تأثير تشعشع بر سر علت شعله از بين مي‌رود.

لذا ارتباط (‌1) در غياب اثر تشعشع نوشته شده می باشد.

تحقيقات بر روي اشتعال تك ذره بور توسط ( King(1985 نشان مي‌دهد كه در دماي اشتعال اختلاف چنداني به نقطه جوش اكسيد‌بور ( 235K ) ندارد و تابع نسبتاَ ضعيفي از دماي ذره و دماي محيط مي‌باشد.

امروزه اين نكته عموماَ پذيرفته شده می باشد كه احتراق ذرات ميكرونيزه بور بوسيله سرعت واكنشهاي همگن موجود در سطح ذره كنترل مي‌گردد.

با بهره گیری از نتايج يك آزمايش در مورد سرعت شعله كه در يك مخلوط سه‌گانه

انجام گردید مشخص گردید كه سرعت شعله وابستگي ضعيفي به غلظت اكسيژن دارد.

2-3- سرعت سوزش در ابر ذرات غني آلومينيوم ]    [

كاري كه توسط آقايان « گردشين» فومنكوه و « لي» انجام شده در زمينه سرعتهاي سوزش در غبار ذرات آلومينيوم با غلظت بالا مي باشد در زير شرحي از كار آنها و همچنين دستگاه آزمايش آنها مورد بررسي قرار مي‌گيرد. در اين كار از دستگاه آزمايشگاهي بهره گیری شده كه مي‌تواند يك شعله موازنه شده ذرات ريز جامد پيش آميخته از نوع « Bun sen ) روي يك حلقه يا رينگ كه توسط آب خنك مي گردد را توليد نمايد.

سرعت سوزش در توده ذرات آلومينيوم با غلظت بالا و با اندازة‌ ذره با تعيين مساحت سطح دروني شعله كه به شكل مخروطي می باشد و همچنين نرخ جريان حجمي كل تعيين گرديده می باشد. مشخص گرديده می باشد كه در مخلوطهاي با غلظت بالا، سرعت سوزش تابعي ضعيف از غلظت ذرات مي‌باشد. به همراه آن همچنين وابستگي سرعت سوزش با غلظت اكسيژن بيشتر در مورد مخلوطهاي با غلظت بالا ، نسبت به كارهاي انجام شده در زمينه توده ذرات آلومينيوم با غلظت پايين مورد توجه می باشد.

زمانيكه حجم اكسيژن در مخلوط از 11 تا 30 درصد افزايش مي‌يابد سرعت سوزش از تا حدود تغيير مي‌كند. همچنين سرعت سوزش تابعي قوي از خواص انتقالي مولكولهاي گاز حامل دارد. بنابراين، جايگزين كردن آرگون در مخلوط بوده می باشد. همچنين اين آقايان مدلي را در زمينه احتراق ذرات ريز جامد مشخص كرده‌اند كه نشان داده می باشد وابستگي ضعيف سرعت شعله به غلظت ذرات، نتيجه مستقيم ارتباط ضعيف نرخ سوزش ذرات در ناحية‌                                                                

پخشي 2 دماي شعله مي‌باشد. بعلاوه اين مدل ارتباط سرعت سوزش با عدد لوئيس را در مخلوطهاي با غلظت بالا بر طبق مشاهدات آزمايشگاهي پيشگويي مي‌نمايد.

نتايج بدست آمده با بهره گیری از دستگاه ؟ 25 % خطا دارد و علت آن وجود انحنا در نوك شعله و اتلاف گرما در پاية‌ شعله مي‌باشد. اين خطاي 25 % توسط آقايان Bradly , Andrew براي شعله گازهاي هموژن بدست آورده بودند كه پايه اين عدد براساس كار آنها می باشد شكل (‌8 ) نمايي از دستگاه سوزاننده ذرات مي‌باشد.

يك لوله از جنس Stainless – steel بلند، به طول 70cm و قطر داخلي 25mm به يك لحظه پراكندگي مخروطي شكل با زاويه كم وصل شده می باشد. اين لوله يك جريان ذرات آرام را كه در آغاز آشفته بوده می باشد، توليد مي‌نمايد. جريان سيال از لوله وصل شده به نازل مخروطي شكل خارج مي گردد. يك حلقه نازك كه آب سرد از آن عبور مي‌كند، به عنوان نگهدارنده شعله به كار مي‌رود كه حدوداَ يك سانتيمتر بالاتر از خروجي نازل قرار دارد. غلظت ذرات با به‌ كارگيري يك خط ليزر

در شعله‌هاي غني همانطور كه از شكل مشخص می باشد ، نوك شعله باز می باشد. در كشل (‌10) سرعت سوزش به صورت تابعي از خلوطهاي نيتروژن با درصدهاي مختلف اكسيژن نشان داده شده می باشد. در اين شكل پيداست كه حداقل غلظت تأثير چنداني بر ميزان سرعت سوزش ندارد.

در حاليكه در مخلوطهاي رقيق سرعت سرعت سوزش تابعي قوي از غلظت مي‌باشد. تعويض نيتروژن با آرگون يا هليم جهت تحقيق در خصوص خواص انتقالي مولكولي گاز حمل كننده انجام گردید. ساختار شعله نظاره شده و همچنين سرعتهاي شعله در محوطه ذرات اكسيژن – آرگون – آلومينيوم بسيار نزديك به شعله ذرات نظاره شده در مورد ذرات آلومينيوم – هوا مي‌باشد.

تنها تفاوت در اين می باشد كه شعله ذرات با آ‌رگون درخشان‌تر از شعله ذرات با هوا مي‌باشد و همچنين با جانشين كردن آرگون و يا هليم به جاي هوا، دماعي شعله بالاتر مي رود و از حدود 3450 به 3650 درجه كلوين مي‌رسد. سرعتهاي شعله در مخلوط آرگون – اكسيژن و مخلوط هوا شبيه هستند و سرعتهاي شعله هليوم – اكسيژن 3 مرتبه سريعتر از شعله هوا – آلومينيوم يا آ‌لومينيوم – اكسيژن – آرگون مي باشد. در اين شعله‌ها مكانيزم انتشار بوسيله انتقال حرارت مولكولي می باشد و سرعت سوزش تابعي از ضريب هدايت حرارتي و زمان مشخصه واكنش شيميايي دارد به هر حال احتراق ذرات توسط فرايند پخش اكسيژن انجام مي‌گيرد. زمان مشخصه احتراق با پخش اكسيژن ارتباط عكس دارد يعني و بنابراين :

                                     (2)              

سرعت شعله در مخلوطي كه هليم در آن ، به كاررفته طبق ارتباط بالا حدود 9/3 برابر حالتي می باشد كه آرگو به كار رفته می باشد ، در حاليكه آزمايشات عدد فوق را در حدود 2/3 نشان مي‌دهند . به شكل (11) دقت كنيد. اين اختلاف نتيجه وابستگي ساختمان شعله و بنابراين سرعت شعله به عدد لوئيس بوده می باشد ، كه براي اين در مخلوط يعني تفاوت دارد.

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

همچنين از آزمايشات بدست آمد كه شعله پيش آميخته در غلظت اكسيژن % به وجودمي‌آيد و در غلظت اكسيژن % ناپديد مي‌گردد. بعلاوه بايد دانست كه اين غلظتهاي بحراني به‌گونه واقعي به غلظت ذرات بستگي ندارد. مقدار متوسط غلظت بحراني اكسيژن % 95 می باشد ؟ نقطه‌اي در وابستگي دماي شعله ؟ به غلظت اكسيژن (‌شكل 12 ) كه به مقدار 2300 كلوين ( كه نقطه ذوب اكسيد آ‌لومينيوم می باشد) مي‌رسد، وعموماً به دماي جرقه ذرات آلومينيوم با اندازه ميكروني اطلاق مي‌گردد، نزديك می باشد.

نرخ سوزش سوخت زرده بوسيله نفوذ اكسيژن به سطح ذره و يا توسط مقدار شعله‌اي كه هر ذره در اطراف سطحش دارد، كنترل مي‌گردد. همچنين فرض مي‌گردد كه دماي ذره در لحظه جرقه با نقطه ذوب اكسيد آلومينيوم (‌2300K ) يكي می باشد و بستگي به غلظت محلي اكسيژن دارد. به علت وابستگي كم انتقال نفوذ اكسيژن به دماي متوسط گاز محلي در ناحيه احتراق، نرخ سوزش نوك شعله اساساَ بوسيله غلظت محلي اكسيژن كنترل مي‌گردد و مي‌توان نوشت:

                                                                         (3 )

كه y(x) و Yu به ترتيب غلظت محلي و اوليه اكسيژن و يك ثابت احتراق پخشي در غلظت اوليه مخلوط ؟ باشد. با در نظر داشتن لحاظ كردن منبع حرارتي و يا برابر قرار دادن حرارت و بي‌هاي انرژي روي مرز بين منطقه‌ها، معادلة‌ جبري حاكم در مورد سرعت سوزش به صورت زير خواهد بود:

                                                       (4 )

 

 

         كه معادله ( 5) مقدار متوسط بي‌؟ زرده می باشد. همچنين داريم كه:

 

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

                                                       (6 )

كه   rf , ru شعاعهاي ذره بعد از سوختن و قبل از سوختن مي باشد. همچنين داريم:

     ( مقدار سرعت بي بعد)                    

 

Lg و Lg ، دانسيته و گرماي ويژه گاز حامل هستند. Tsi دماي جرقه زده و Tu دماي اوليه ذرات مي‌باشد. Le عدد لوئيس می باشد. نتايج حل تئوريك در شكل (13) آمده می باشد.

نتايج تجربي و تئوري تنها 25 % اختلاف دارند. ارتباط سرعت سوزش به عدد لوئيس در نتيجه نفوذ اكسيژن در نقطه غني ذرات مربوط به ضخامت شعله حرارتي مي باشد و اينكه مقدار سرعت شعله K ارتباط‌اي با عدد لوئيس دارد، يعني k=f(le) و با افزايش عدد Le مقدار k افزايش مي‌يابد.

سرعت ابعادي شعله به خواص انتقالي مولكولهاي گاز بستگي دارد به طوري كه

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

پاسخی بگذارید