مطالعه عددی اثر هندسه بر عملکرد حرارتی یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز

بیوگاز یک سوخت کم ‌کالری است که از متان (%70-50) و کربن ‌دی ‌اکسید (%50-30)، با مقادیر کمیاب از سایر ذرات تشکیل شده‌است. احتراق سوخت‌های کم‌کالری اغلب شامل چالش‌های قابل توجهی در رابطه با پایداری شعله در بیشتر مشعل‌های معمولی است. احتراق محیط متخلخل یک روش موثر برای هدایت گرمای شعله به مخلوط ورودی است که می‌تواند سبب افزایش پایداری شعله شود. در بیشتر مطالعات، از بیوگاز در کار آزمایشگاهی یا شبیه‌سازی عددی با هندسه ساده استفاده شده‌است. در این مطالعه یک مشعل متخلخل دولایه‌ای با سوخت بیوگاز با هندسه برگرفته از یک کار آزمایشگاهی به‌صورت دوبعدی شبیه‌سازی عددی شده‌است و اثر هندسه مشعل که در تحقیقات قبل بررسی نشده بود، بر روی توزیع دمای جامد متخلخل و بازده تابشی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهد که کاهش مقدار کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت باعث افزایش دمای سطح مشعل می‌شود. همچنین تغییر در سطح مشترک لایه‌های متخلخل که به دو صورت مخروطی و کروی در دو حالت همگرا و واگرا شبیه‌سازی شده‌است، باعث تغییر در مکان تشکیل شعله، دمای بیشینه احتراق، دمای سطح مشعل و بازده تابشی مشعل می‌شود. بیشترین دمای احتراق و بیشترین دمای سطح مشعل برای هندسه مخروطی در حالت همگرا رخ می‌دهد. با افزایش 10 درصد کربن‌دی‌اکسید در ترکیب سوخت بیوگاز ورودی، بازده تابشی به‌طور متوسط 25 درصد کاهش می‌یابد. بازده تابشی مشعل واگرا در حالت هندسه مخروطی حدود 37 درصد و در حالت هندسه کروی حدود 25 درصد بیشتر از مشعل همگرا است. بیشترین بازده تابشی برای مشعل واگرا با کربن ‌دی ‌اکسید 30 درصد می‌باشد.

numerical study of the effect of geometry on the thermal performance of a two-layer porous burner with biogas fuel

biogas is a low-calorie fuel comprises 50-70% methane and 30-50% carbon dioxide, with small amounts of other particles. combustion of low-calorie fuels often involves significant challenges related to flame stability in most burners. combustion of porous media is an effective method of directing flame heat to the input mixture, which can increase flame stability. in most studies, biogas has been used in experimentaly work or numerical simulation with simple geometry. in this paper, researchers simulate a two-layer porous burner with biogas fuel, based on an experimental design, in two dimensions. they evaluate the effect of the burner geometry, which was not investigated in previous researches, on the temperature distribution and the radiation efficiency. the results show that reducing the amount of carbon dioxide increases the burner surface temperature. additionally, changes in the interface of the porous layers, simulated in two conical and spherical forms in two converging and diverging states, cause changes in the place of flame, the maximum combustion temperature, the temperature of the burner surface, and the radiation efficiency. the maximum combustion temperature and the maximum burner surface temperature occur for the conical geometry in convergent mode. increasing 10% of carbon dioxide in the biogas fuel reduces the radiation efficiency by 25% on average. the radiation efficiency of the divergent burner is more than the convergent mode, about 37% for conical geometry and about 25% for spherical geometry. the maximum radiation efficiency is achieved when the burner is divergent and the amount of carbon dioxide is 30%.