شبیه سازی شعله های جریان مخالف گاز طبیعی- هوا، رقیق شده با آب و دی اکسید کربن
چکیده
نظر به اینکه گاز طبیعی در بخش اعظم جهان صنعتی به یک منبع انرژی بسیار مهم تبدیل شده است، بررسی ساختار شعله و اثر آلاینده های آن بر محیط زیست امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. در مقاله ی حاضر، احتراق گاز طبیعی که ترکیبی از هیدروکربن هایی مانند ch4، c2h6، c3h8و نیز گازهای n2، co2، o2و h2است، با استفاده از مدل شعله ی نفوذی جریان مخالف بررسی شده است. با توجه به هندسه ی خاص مسئله، معادلات در دستگاه مختصات متقارن محوری نوشته می شوند. حل معادلات با استفاده از یک کد عددی به نام oppdifانجام شده است و این کد در مجموعه ی نرم افزار chemkinموجود است. در این تحقیق منحنی های دما، غلظت گونه ها و ترکیبات noxبا استفاده از حل عددی بدست آمده و اثر رقیق کننده -های co2و h2oبر توزیع دما و نرخ تولید گونه ها بررسی می شود. با توجه به توانایی بالای مکانیزم gri3.0 در مدل سازی احتراق گاز طبیعی، این مکانیزم به عنوان سنتیک شیمیایی انتخاب شده است. این مکانیزم شامل 325 واکنش برگشت پذیر از 53 گونه است. برای بررسی اعتبار نتایج به مقایسه ی منحنی دمای احتراق هیدروژن- هوای رقیق شده با نیتروژن که مهمترین منحنی احتراق گاز در مدل شعله ی نفوذی جریان مخالف است، پرداختیم. نتایج عددی منحنی های دما در دو نرخ کرنش مختلف، مطابقت خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند. افزایش رقیق سازها در سوخت باعث کاهش ماکزیمم دمای احتراق می شود که این بدلیل کاهش غلظت واکنش دهنده ها و در نتیجه کاهش شدت واکنش کلی است. رقیق ساز co2نسبت به آب توانایی بیشتری در کاهش دما دارد. این رقیق سازها همچنین ماکزیمم کسر مولی گونه های c2h2و noxرا کاهش می-دهند(c2h2یک پیش ماده ی مهم در تولید دوده و noxاز آلاینده های محیطی است). در این مورد رقیق ساز co2توانایی بیشتری در کاهش c2h2(و بنابراین دوده) و رقیق ساز آب توانایی بیشتری در کاهش noxدارد. ماکزیمم دما با افزایش فشار افزایش می یابد. نکته ی مهم در اینجا این است که اشتعال پذیری در محدوده ی فشار با افزایش درصد رقیق ساز co2افزایش و با افزایش درصد رقیق ساز آب کاهش می یابد. علت این پدیده اثرات شیمیایی رقیق کننده ها و نیز اثر خنک سازی و خاموش کنندگی رقیق ساز آب می باشد. نتایج آنالیز حساسیت نشان می دهد که مکانیزم gri3.0 را می توان به یک مکانیزم مختصرتر تبدیل کرد، بطوری که نتایج حاصله با مکانیزم کاهشی پیشنهادی کار حاضر دارای تطابق خوبی با نتایج مکانیزم gri3.0 می باشد. مکانیزم کاهشی پیشنهادی 50 واکنش و 5 گونه از مکانیزم اصلی کمتر دارد.