بررسی آزمایشگاهی خواص ترموفیزیکی بستر مشعل های متخلخل و اثر آنها در مشعل متخلخل

ردر سالهای اخیر تکنولوژی احتراق در محیطهای متخلخل به دلیل سازگار بودن با مسایل زیست محیطی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. مشعلهای با محفظه احتراق متخلخل نوع پیشرفته ای از مشعلها هستند که مخلوط سوخت و هوا را در داخل یک جسم متخلخل می سوزانند. عمل احتراق در این مشعلها بر خلاف مشعلهای معمولی پیش مخلوط، با شعله های آزاد انجام نمی شود بلکه به شکل سه بعدی، بدون شعله و درداخل منافذ جسم متخلخل صورت می گیرد. تکنولوژی مشعلهای با محفظه احتراق متخلخل، یکی از روشهای کاهش مصرف انرژی وکاهش تولید آلودگی است. تولیدnox کمتر نسبت به شعله آزاد و بزرگ بودن چگالی توان را می توان از مهمترین مزایای این سامانه ها بر شمرد.کاهش میزان آلودگی، گسترش محدوده شعله وری، گسترش محدوده دینامیکی توان، کاهش حجم مشعل، توزیع یکنواخت حرارت در محفظه احتراق، سرعت گرم شدن بالا و ... از دیگر برتری های این نوع مشعلها نسبت به مشعلهای معمولی به شمار می رود. با توجه به اینکه احتراق در این مشعل ها در محیط متخلخل صورت میگیرد نیاز به داشتن اطلاعات جامع و دقیق پیرامون این مواد لازم است تا بتوان هم در شبیه سازی و هم در ساخت مشعل از اطلاعات مربوطه استفاده نمود. هدف این تحقیق بررسی ویژگی های ترموفیزیکی فوم های مورد استفاده در مشعل های متخلخل و سپس بررسی فوم ها با جنس و ساختار متفاوت در بستر این مشعل هاست. در این تحقیق ابتدا مطالعه بر روی افت فشار در فومهای سرامیکی انجام شد و سپس با ساخت وسایل آزمایشگاهی مورد نیاز افت فشار در فومها با ساختار و جنس های مختلف بررسی شدند. به دلیل اینکه جریان در مشعل های متخلخل دارای دمای بالایی است تاثیر جریان گاز در دماهای متفاوت نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که حرارت بر روی میزان افت فشار تاثیر ندارد و تاثیر ایجاد شده همان تاثیر ناشی از تغییرات چگالی و لزجت جریان است. در این مطالعه یک مدل جدید تجربی برای قطر خلل و فرج ارائه شد و در نهایت بر اساس آنالیز ابعادی روابطی برای افت فشار در فوم های سرامیکی ارائه گردید. در قسمت بعدی مطالعه بر روی تاثیر ساختار فوم های متخلخل بر روی ویژگی های انتقال حرارتی بررسی شد و در قسمت اول هدایت حرارتی فومها هدف قرار گرفت با انجام مطالعات گسترده روش تعیین میزان هدایت حرارتی به دست آمد و پس از آن روش ساخت این دستگاه تبیین شد ولی در نهایت به دلیل نبود زمان کافی این قسمت از بررسی ها ناقص ماند. نتایج تحقیقاتی در مورد روش اندازه گیری و روش ساخت این دستگاه در قسمت پیوست آورده شده است. در آخرین قسمت این مطالعه تجربی به بررسی تاثیر فومهای سرامیکی بر روی کارکرد مشعل پرداخته شده است. در مجموع نشان داده شده است که فوم های آلومینایی باعث بالاتر رفتن دمای محفظه احتراق میشوند. راندمان در آنها نسبت به فوم های سیلیکون کاربایدی بیشتر است. ولی تحمل شوک های حرارتی در آنها بسیار اندک است در عوض فوم های سیلیکون کاربایدی تحمل شوک حرارتی بالاتری از خود نشان میدهند. ولی چون تحمل حرارت بالا را ندارند در قسمت محور مرکزی مشعل که دما بالاست ذوب میشوند. تاثیر میزان تخلخل نشان داد که در فوم های با تخلخل بالاتر میزان تولید آلاینده ها کمتر و میزان راندمان بالاتر است. همچنین پایین بودن میزان تخلخل باعث حرکت جبهه شعله به پایین دست میشود. اندازه خلل و فرج نیز بر روی میزان راندمان و آلاینده ها اثر گذارند ولی این تاثیر در فوم های متفاوت تغییر میکند.