تحلیل ترمودینامیک حاکم بر محفظه زباله سوز پلاسمایی، اندازه‌گیری و تحلیل دمای محفظه و محاسبه دمای قوس الکتریکی

در کار حاضر، مشخصات ترمودینامیکی و تحلیل دمایی از قوس الکتریکی در الکترودهای مشعل و انرژی انباشت شده در محفظه اولیه طراحی شده برای زباله سوز، برای یک مشعل حرارتی پلاسمایی، با استفاده از آزمایش های صورت گرفته و داده های بدست آمده، اندازه گیری و محاسبه شد. دمای قوس الکتریکی در الکترود میانی که نازل شناور نامیده می شود، بر پایه توان اندازه گیری شده ورودی حدود 2 کیلووات، در محدوده 7000 تا 8000 درجه کلوین محاسبه شد. دمای شعله پلاسمایی خروجی از مشعل با توجه به شارش گاز سرد، انتظار می رود دمای کمتری از قوس داشته باشد. بهره انتقال انرژی به شعله پلاسمایی، به طراحی هندسی الکترودها و نازل و جریان گاز وابسته است. دمای محفظه نیز پس از زمان ده ثانیه با روشن بودن مشعل و المنت های حرارتی، حدود 1193 درجه کلوین با ترموکوپل اندازه گیری شد. افزایش دمای محفظه بر پایه فرآیند بی درروی گرمای انباشت شده پس از این زمان، حدود 1230 درجه کلوین محاسبه شد. با رهیافت فرآیند همدما و تعادل گرمایی پس از زمان طولانی، آهنگ شار حرارتی و اتلاف ناشی از رسانش، دما محاسبه و حدود 900- 1000 درجه کلوین برآورد شد. در هر دو رهیافت با تقریب های لازم، محدوده دمایی محاسبه شده برای قوس و تخمین انرژی شعله پلاسمایی، سازگاری منطقی با اندازه گیری دارند و نقشه راه مناسبی را برای توسعه و بهینه ‌سازی طراحی آینده مشعل و محفظه زباله سوز بدست می ‌دهد.

the analysis of governing thermodynamics of plasma waste incinerator, temperature measurement and analysis of burning chamber and calculation of electrical arc temperature

using the experimental results and data, the thermodynamic characteristics and thermal analysis of the electrical arc of torch electrodes and energy deposition in the waste-incinerator primary designed chamber were investigated. the temperature of arc in the intermediate electrode which is called the float nozzle was measured at 7000-8000 kelvin based on the input power of 2 kw. the plasma plume temperature implied to be lower than the arc temperature according to the cold gas flow in the nozzle. the efficiency of energy transferring to the plasma plume is dependent on the geometrical electrode and nozzle design, and gas flow rate. after ten seconds, the chamber temperature was measured at 1193 kelvin by thermocouple with the performance of electrical elements and plasma torch. the chamber temperature increasing in an adiabatic process was calculated at 1230 kelvin after this time. according to the isothermal approach, the heat flow rate, and conduction loss calculation, the chamber temperature was obtained at about 900-1000 kelvin. using two approaches with inevitable approximations, the calculated temperature ranges for arc and plasma plume energy estimation have reasonable compatibility and this led to the road map of optimization and development for future torch planning and waste-incinerator chamber design.