ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺎﺛﯿﺮات اعمال پلاسمای سرد ﺑﺮ روی سرعت شعله وکاهش آﻻﯾﻨﺪﮔﯽ ﺳﻮﺧﺖ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، ایران

چکیده

هدف از این تحقیق، تحلیل عددی و قیاس با کار تجربی اثرات پلاسمای سرد حاصل از اعمال میدان الکتریکی بر روی پارامترهای احتراق و آلاینده‌های آن می‌باشد. روش اصلی برای این ارزیابی استفاده از متغیرها و پارامترهای تأثیرگذار همچون دما، ولتاژ و متغیرهای وابسته به سوخت است. نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌ها حاکی از این است که مثبت بودن پتانسیل الکترود مرکزی سبب بالارفتن دمای شعله در محفظه احتراق و نزدیکی دیواره می‌شود که به معنی نزدیک‌تر شدن شعله به دیواره می‌باشد. به همین دلیل انتقال حرارت به دیواره محفظه در این حالت افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی سبب ایجاد یک شتاب منفی در مرکز محفظه می‌شود. با افزایش قدرت میدان الکتریکی مثبت، دمای شعله در مرکز محفظه کاهش پیدا کرده و باعث کوتاه‌تر شدن طول شعله می‌شود. با اعمال میدان مشخص گردید که تغییرات درصدی آلاینده‌های شاخص یعنی کربن دی اکسید و اکسیدهای نیتروژن مانند نیتروژن مونواکسید به ترتیب 8 و 6% کاهش پیدا کرده‌اند. در قطبیت منفی و در خروجی محفظه به دلیل اثر چرخش، سرعت محوری تا حدی در وسط محفظه کاهش می‌یابد. در میدان الکتریکی 3 کیلوولت و پلاریته مثبت، انتقال حرارت به دیواره ها حدود 52% بیشتر از حالت بدون وجود میدان الکتریکی می‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effects of Applying Cold Plasma on the Flame Speed and Reduction of Fuel Pollution

نویسندگان [English]

  • Hossein Mahdavy Moghaddam 1
  • Arman Soleimani 2
1 Department of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology Tehran, Iran
2 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Science and Research Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The aim of this paper is the numerical analysis of the effects of cold plasma obtained from applying electric field on the parameters of combustion and its pollutants and comparing the results with experimental works. The main method for doing this study is the use of influencing parameters and variables such as temperature, voltage, and the variables dependent on the fuel. The results obtained from simulations and tests indicate that the positivity of the central electrode potential leads to increase the flame temperature in the combustion chamber and wall proximity, which means the flame is getting closer to the wall. For this reason, heat transfer to the chamber wall increases in this state. The electric field causes creating a negative acceleration in the chamber center. By increasing the power of positive electric field, the flame temperature in the chamber center decreases and causes the flame length to be shortened. By applying the field, it was specified that the percentage change of index pollutants (i.e. carbon dioxide and nitrogen oxides such as nitrogen monoxide) are decreased %6 and 8 %, respectively. In the negative polarity and the chamber exhaust, because of the swirl effect the axial velocity is partly reduced. In an electric field of 3 kV and positive polarity, heat transfer to the walls is about 52 % greater than the condition without electric field.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • ElectricField
  • PollutantReduction
  • Combustion
  • Electrohydrodynamic
  • Non-thermal Plasma

 

[1]. Zake M. and Barmina I., “Electrical processing of soot formation and carbon sequesteration from the swirling flame flow,” International Scientific Colloquium Modelling for Electromagnetic Processing Hannover, pp. 331-336, 2003.##

[2]. Noorani R. I. and Holmes R. E., “Effects of electric fields on the blow off limits of a methane-air flame,” AIAA Journal, Vol. 23, pp. 1452-1454, No. 9, 1985.##

[3]. Zake M., Barmina I. and Turlajs D., “Electric field control of polluting emissions from a propane flame,” Global Nest: the Int. J. No 2, pp. 95-108, Vol 3, 2001.##

[4]. Starikowskii A., “Influence of weak electric fields on the flame structure,” 17th International Conference on Gas Discharges and Their Applications, UK, Sept. 2008.##

[5]. Jaffre Y. N. and Aka-Ngnui Th., “Non thermal plasma for nox treatment,” IMETI, Orlando, United States, Sep. 2009.

[6]. Barnaveli A., “Place a flame (e.g. from a bunsen burner), between two charged parallel metal plates,” Archive.iypt. org/IYPT_Proc_2010-2011, 2010.##

[7]. Zake M. and Tulaji D., “Electric field control of  polluting emissions from a propane flame,” www.researchgate.net, 2014.##

[8]. Talebizadeh P., Rahimzadeh H. and Babaie M., “Evaluation of residence time on nitrogen oxides removal in non-thermal plasma reactor,” Published online doi: 10.1371/journal.pone.0140897, PMCID: PMC4619676, october 2015.##

[9]. www.cfdonline.com.##

[10]. K Chen D., “Field and wave electromagnetics," (Second Edition ed.), New York, Addison-Wesley ISBN0-201-12819-5,1985.##

[11]. Codin R., “A discontinuity-capturing crosswind-dissipation for the finite element solution of the convection-diffusion equation,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineerin, pp. 325-342, 1993.##

[12]. Baukal Ch. E., “The john zink combustion handbook,” CRC pres, ISBN-10:084932337, 2006.##