مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مقایسه اثر افزودن غلظت‌های مختلف نانولوله کربنی و افزایش نسبت جرمی C/H سوخت مایع بر رفتار احتراقی و تابش حرارتی شعله

نویسندگان
1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 استاد عضو هیئت علمی دانشگاه فردوسی مشهد
3 مجتمع آموزش عالی گناباد
چکیده
حضور ذرات و اتم‌های کربن در احتراق سوخت‌های فسیلی، نقش مهمی در انتقال حرارت تابشی و رفتار احتراقی شعله‌ها دارد. افزایش کربن در شعله می‌تواند به‌وسیله استفاده از سوخت‌های سنگین‌تر (با نسبت جرمی C/H بزرگتر) یا به‌وسیله تزریق ذرات کربن به سوخت‌های سبکتر انجام شود. در این پژوهش اثر افزودن غلظت‌های مختلف نانو لوله کربنی چند دیواره با گروه عاملی هیدروکسیل (OH) در سوخت هیدرو کربنی مایع بر توزیع دما و تابش حرارتی شعله اندازه‌گیری شده است و نتایج با رفتار احتراقی سوخت‌های مایع با C/H مختلف مقایسه شده است. برای اندازه‌گیری تابش درخشانی (طیف مرئی) و تابش حرارتی (طول موج‌های تابشی مرئی و مادون قرمز) به ترتیب از یک لوکس‌متر و ترموپیل استفاده شده است. توزیع دما با استفاده از تصویر برداری حرارتی و غلظت ذرات دوده با توجه به طول موج تابش حاصل از احتراق آنها اندازه‌گیری شده است. نتایج نشان می‌دهد، افزایش کربن به صورت نانوذرات، موجب افزایش سرعت واکنش‌ها، کاهش طول شعله، افزایش دما و افزایش تابش حرارتی و افزایش کربن به صورت سوخت سنگین‌تر (C/H بیشتر) موجب کندی احتراق، افزایش طول شعله، افزایش دما و افزایش تابش حرارتی می‌گردد. استفاده از سوخت نانوسیال با کسر جرمی 0.01 درصد نانوذرات در سوخت پایه با C/H=5.46، موجب افزایش تابش حرارتی به میزان 3.4 درصد می‌شود. این میزان افزایش با افزایش تابش حرارتی در سوخت هیدروکربنی با C/H=5.52 برابری می‌کند. افزایش غلظت نانوذرات موجب افزایش سینتیک شیمیایی، افزایش دما و تابش‌های حرارتی و درخشانی می‌شود و نقطه بیشنه دما در شعله به ابتدای شعله نزدیکتر می‌گردد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Comparison of effects of adding various carbon nanotube concentrations and increase C/H mass ratio of liquid fuels on combustion behavior and flame thermal radiation

نویسندگان English

Mehdi Boghrati 1
Mohammad Moghiman 2
Seyed Hadi Pourhoseini 3
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Gonabad, Gonabad, Iran
چکیده English

The particles and atoms of carbon significantly affect radiation heat transfer and combustion behavior of flames. Number of carbon particles within the flame is increased by utilizing fuel with higher C/H mass ratio or adding carbon particles into lighter liquid fuel. In this study, the effect of adding various concentrations of multi-walled carbon nanotubes with hydroxyl functional group into hydrocarbon liquid fuel has been measured on temperature distribution and thermal radiation of the flame. Furthermore, the measured results compared with results of combustion behavior of liquid fuels with higher C/H value. The thermopile sensor and the lux meter were utilized to measure the flame thermal radiation (visible and infrared spectrum) and luminosity (visible wavelengths). Thermography technic and IR image were applied to determine the distribution of temperature and soot within the flame. The results showed that adding nanoparticles into liquid fuel increased the rate of chemical reaction kinetics, temperature and thermal radiation and decreased flame length. In addition, a rise in value of C/H of the liquid fuel increased temperature, flame length and thermal radiation and reduced the rate of chemical reaction kinetics. By adding 0.01% mass fraction of nanoparticles into the base fuel with C/H=5.46, thermal radiation increased by 3.4% as same as liquid fuel with C/H=5.52. The increase of nanoparticle concentrations increased the rate of chemical reaction kinetics, maximum temperature, thermal radiation and luminosity. In addition, the position of maximum temperature moved closer to the burner.

کلیدواژه‌ها English

diffusion flame
Nanofluid fuel
C/H mass ratio
Thermal radiation
Luminosity