بررسی تاثیر پارامترهای بدون بعد بر احتراق مخلوط سوخت بدون کربن آمونیاک/متان درون محیط متخلخل

مطالعه حاضر به بررسی احتراق پیش آمیخته آمونیاک / متان در محیط متخلخل و تاثیر پارامترهای مختلف بر ویژگی‌های احتراق و تولید آلاینده‌ها می‌پردازد. استفاده از آمونیاک به‌عنوان یک سوخت بدون کربن در ترکیب با متان، چالش‌هایی نظیر کاهش کیفیت احتراق، پایداری شعله و افزایش تولید اکسیدهای نیتروژن (nox) را به‌همراه دارد. به‌منظور رفع این مشکلات، استفاده از محیط متخلخل در محفظه احتراق می‌تواند به بهبود شرایط احتراق و کاهش تولید آلاینده‌ها کمک کند. برای بررسی این ایده در این تحقیق، تاثیر پارامترهای مختلف نظیر تخلخل محیط متخلخل (0.5. تا 1.0)، کسر سوخت آمونیاک در مخلوط آمونیاک / متان (0.1 تا 0.9) و نسبت هم‌ارزی سوخت به هوا (0.5. تا 1.0) به‌طور عددی بررسی و نتایج حاصل با داده‌های تجربی مقایسه شده است. برای شبیه سازی احتراق پیش آمیخته آمونیاک / متان از یک مدل آشفتگی  با مکانیسم سینتیک شامل 42 گونه و 130 واکنش استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که تغییرات تخلخل و نسبت سوخت، تاثیرات قابل‌توجهی بر دمای احتراق، انتشار گازهای آلاینده و پایداری شعله دارند. با کاهش سهم متان در سوخت با افزودن آمونیاک به ترکیب سوخت، کسرجرمی تولید دی‌اکسید کربن در محیط بدون تخلخل از 39 درصد برای متان خالص به 24 درصد برای ترکیب آمونیاک/ متان کاهش می‌یابد که نشان‌گر کاهش 38 درصد در کسرجرمی تولید دی‌اکسید کربن است. همچنین با استفاده از محیط متخلخل برای احتراق آمونیاک / متان در مقایسه با محیط بدون تخلخل کسرجرمی nox از 2527 پی‌پی‌ام به 2319 پی‌پی‌ام کاهش می‌یابد که کاهش 8/2درصد را نشان‌ می‌دهد. همچنین در محیط متخلخل این کاهش در کسرجرمی تولید دی‌اکسید کربن برابر با 33 درصد است. این نتایج اهمیت بهینه‌سازی هم‌زمان تخلخل، نسبت سوخت و نسبت هم‌ارزی در سیستم‌های احتراقی را برای کاهش آلاینده‌ها و افزایش کارایی فرایندهای احتراقی نشان‌ می‌دهد.

impact of dimensionless parameters on the combustion of the carbon-free fuel of ammonia/methane blend in porous media

the present study investigates the combustion of an ammonia/methane mixture in a porous medium and the impact of various parameters on the stability and intensity of this process. the use of ammonia as a carbon-free fuel presents challenges such as reduced flame temperature and speed, which may hinder effective heat transfer in combustion systems. additionally, the nitrogen present in ammonia can lead to increased production of nitrogen oxides (nox), which are major air pollutants. to address these issues, the use of a porous medium in the combustion chamber can help improve combustion conditions and reduce pollutant emissions. in this study, the effects of various parameters, such as the porosity of the porous medium (ranging from 0.5 to 1.0), the ammonia fuel fraction in the ammonia/methane mixture (ranging from 0.1 to 0.9), and the fuel-to-air equivalence ratio (ranging from 0.5 to 1.5), were numerically investigated and compared with experimental data. the results show that variations in porosity and fuel ratio have significant effects on combustion temperature, pollutant emissions, and flame stability. an increase in porosity enhances heat and mass transfer, thereby improving flame stability and combustion temperature. furthermore, increasing the methane fraction in the fuel mixture raises the combustion temperature, while increasing the ammonia share can result in lower temperature and higher nox production. these findings highlight the importance of optimizing the porosity, fuel ratio, and equivalence ratio simultaneously in combustion systems to reduce pollutants and enhance the efficiency of combustion processes..