بررسی عددی پارامترهای موثر در انتقال حرارت تشعشعی فرایند احتراق اکسیژنی کوره‌های گازی چرخشی

مطالعات زیادی در زمینه کوره‌های گازی جهت بهبود عملکرد و همچنین کاهش مشکلات زیست محیطی آن‌ها انجام شده‌است. استفاده از تکنولوژی احتراق مبتنی بر سوخت اکسیژنی یکی از روش‌های رایج در کاهش مشکلات زیست محیطی می‌باشد. در کوره‌های گازی مبتنی بر احتراق سوخت اکسیژنی، با توجه به دمای بالای شعله، انتقال حرارت تشعشعی بخش مهمی از شار حرارتی را تشکیل می‌دهد و نقش مهمی در نحوه توزیع دمای شعله دارد. پارامترهای مختلفی در انتقال حرارت تشعشعی کوره‌ها تاثیر دارد. در این پژوهش به بررسی تاثیر ضریب تشعشع دیوارها، ترکیب اکسیدکننده و چرخش جریان ورودی در کوره‌گازی هارول که با سوخت متان کار می‌کند پرداخته شد. از مدل  استاندارد، مدل جهت‌گیری گسسته و مدل اتلاف گردابه‌ای به‌ترتیب جهت مدل‌سازی آشفتگی جریان، تشعشع و فرایند احتراق استفاده شد. خواص تشعشعی محیط گازی با استفاده از مدل جمع وزنی گازهای خاکستری تعیین شد. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد چرخش از 0/2 به 1، شعله در اثر حرکت چرخشی گازها به اندازه 92 میلی‌متر به دیواره بالا و 100 میلی‌متر به دهانه ورودی نزدیک می‌شود. این امر سبب می‌شود که با افزایش عدد چرخش شار حرارتی دیوارها افزایش و شار حرارتی محوری کاهش یابد. با تغییر ترکیب اکسیدکننده به علت تغییر در درصد و ترکیبات گازهای حاصل از احتراق، میزان فعال بودن محیط گازی از نظر تشعشعی دچار تغییر می‌شود. استفاده از نیتروژن در اکسیدکننده سبب می‌شود دمای بیشینه 40 میلی‌متر به‌سمت دیوار بالا حرکت کند درحالی که کربن دی اکسید باعث تمرکز شعله در محور مرکزی می‌گردد اگرچه افزایش درصد جرمی اکسیژن در اکسیدکننده فرایند پخش را بهبود می‌بخشد. افزایش ضریب تشعشع دیوارها نیز موجب می‌شود شعله متمرکزتر شود و با افزایش ضریب تشعشع از 0 به 1، بیشینه دمای شعله 140 درجه کاهش می‌یابد.

numerical investigation of effective parameters in radiant heat transfer of oxyfuel combustion process of swirling gas furnaces

in gas furnaces based on oxyfuel combustion, radiative heat transfer is an important part of the heat flux and plays an important role in the flame temperature distribution. different parameters affect the radiant heat transfer of furnaces. in this study, the effect of wall emissivity coefficient, oxidizer compound, and inlet flow swirl number in a harwell gas furnace was investigated. k-ε standard, discrete ordinate, and eddy dissipation model were utilized to model turbulence, radiation, and combustion process, respectively. the radiative properties of the gaseous medium were determined using the weighted-sum-of-gray-gases model. the results showed that with increasing the swirl number, the maximum flame temperature moves upwards and approaches the inlet. this causes the heat flux of the walls to increase and the axial heat flux to decrease. by changing the oxidizer composition, the radiant activity of the gaseous medium changes. this causes a change in the temperature distribution in the whole field and axial and wall heat fluxes. the use of nitrogen in the oxidizer causes the maximum temperature to move towards the walls, while the use of carbon dioxide causes the flame to concentrate in the central axis, although the increase of the mass percentage of oxygen in the oxidizer improves flame diffusion. increasing the wall emissivity coefficient causes the flame to become more concentrated and its maximum temperature to move upwards.