دانلود پروژه رشته برق در مورد احتراق ذرات – قسمت پنجم

دانلود پایان نامه

-2-5- سیستم تهویه

            به منظور جلوگیری از پخش ذرات سوخته و نسوخته آلومینیوم درمحیط و عدم آلودگی محیط زیست، این ذرات باید توسط یك سیستم جمع‌آوری شوند. به این منظور یك هود در بالای دستگاه آزمایش قرار داده شده است تا مخلوط سوخت و هوا پس از خروج از لوله آزمایش توسط این قسمت جذب شده و پس از عبور از فیلترهایی كه ذرات معلق را در خود نگه می‌دارند به محیط خارج تخلیه شود. شكل (3-4) طرحواره ‌ای از سیستم تهویه و متعلقات آن را نشان می‌دهد.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

3-3- روش انجام آزمایش

            همانگونه كه پیشتر نیز ذكر شد ذرات سوخت درپایین دستگاه با گاز ورودی كه درآزمایشات ما شامل %21 اكسیژن و %79 نیتروژن بوده مخلوط شده و در بالای لوله به وسیله سیستم ایجاد شعله با استفاده از سیم كرم سیكل و یا تنگستن مشتعل می‌شوند. اما هنگام عبور مخلوط سوخت و هوا از داخل لوله تعدادی از این ذرات به بدنه لوله می‌چسبند و درنتیجه غلظت مخلوط ورودی به لوله بیشتر از غلظت مخلوط خروجی از لوله می‌باشد. به این دلیل ابتدا باید چند ثانیه‌ای برای بوجود آوردن شرایط پایا، مخلوط سوخت و هوا از داخل لوله تعدادی از این ذرات به بدنه لوله می‌چسبند و درنتیجه غلظت مخلوط ورودی به لوله بیشتر از غلظت مخلوط خروجی از لوله می‌باشد. به این دلیل ابتدا باید چندثانیه‌ای بوجود آوردن شرایط پایا، مخلوط سوخت و هوا را از داخل لوله عبور داد. پس از اینكه غلظت مخلوط خروجی ثابت شد دستگاه به حالتی پایا رسیده و آماده آزمایش می‌باشد.

       مخلوط سوخت و هوا درانتهای باز بالای لوله بوسیله سیم تنگستن مشتعل می‌گردد. این شعله به علت فشارهوای خروجی از لوله كه، طرف بالا می‌باشد دربالای لوله ساكن می‌ماند. البته اگر شدت هوای خروجی از لوله یا هوای ورودی به دستگاه تهویه خیلی كم یا زیاد باشد شعله یا به طرف بالا حركت كرده، یا خاموش شده و یا به سمت پایین لوله حركت می‌كند. زمانی كه شكل شعله در دهانه خروجی لوله به حالتی پایدار رسید، جریان گاز بوسیله شیربرقی قطع شده وشعله درلوله به سمت پایین حركت می‌نماید. تشكیل شعله و انتشار آن توسط یك دوربین تصویربرداری سرعت بالا با قابلیت 8000فریم درثانیه ثبت می‌شود. درشكل (3-5)، تصویری از شعله ذرات آلومینیوم درمخلوطی از گاز ذكر شده كه دربالای لوله شیشه‌ای تشكیل گردیده نشان داده شده است.

       در انتهای لوله شیشه‌ای از یك شعله خفه كن استفاده شده كه برای خاموش كردن شعله‌های احتمالی مورد استفاده قرارگرفته تا از ورود شعله به منبع تغذیه ذرات جلوگیری شود.

       برای بدست آوردن سرعت انتشار شعله، لوله شیشه‌ای (محفظه احتراق) به فواصل مساوی تقسیم می‌گردد تا هنگام عبورشعله بتوان زمان طی شدة فواصل معین شده را بدست آورد. این عمل با شمارش تعداد فریم‌ها كسری از ثانیه را تشكیل می‌دهد انجام می‌گیرد. با داشتن زمان و فاصله طی شده توسط شعله، سرعت انتشار شعله محاسبه می‌گردد. شكل (3-6) نمایشگر تقسیم‌بندی محفظه احتراق می‌باشد.

       سرعت سوزش نیز از ارتباط زیر بدست می‌آید.

       (3-2)                                                                         

كه درآن S سرعت سوزش، V سرعت انتشار، At مساحت سطح لوله و A­­f مساحت سطح شعله می‌باشد. مقدار كسر برای شعله آرام 5/1 وبرای شعله آشفته 2 درنظر گرفته شده است [].

3-4- نحوه كالیبراسیون:

            قبل از انجام آزمایش لیزر را به مدت 15دقیقه روشن می‌كنیم تا گرم شود. آنگاه سیلندرسیستم تزریق دستگاه را از آلومینیوم با قطر موردنظر پر می‌نمائیم. سپس 2عدد فیلتر از نوع فیلترهای موردمصرف روپزشكی را به یكدیگر دوخته و به پمپ مكنده نصب می‌كنیم. سپس دستگاه راجهت انجام آزمایش آماده می‌نمائیم. شیرهوا را بازنموده و دبی جرمی را از روتامتر می‌خوانیم.

       كلید تزریق را چندین بار به حالت خاموش و روشن می‌زنیم. پس از اینكه ابر ذرات تشكیل شده در بالای لوله به حالت یكنواخت درآمد، به مدت 5ثانیه فیلتر را جلوی لوله قرارمی‌دهیم تا ذرات به داخل آن نفوذ كنند. همزمان تغییر آمپر جریان دوطرف مقاومت آشكارساز[1] پس از تحلیل دیجیتالی روی مانیتور كامپیوتر نشان داده می‌شود. ذرات رسوب كرده روی فیلتر با استفاده از ترازوی دیجیتالی توزین می‌شوند.

نتایج اخذ شده از آزمایش را درفرمول ذیل قرارمی‌دهیم:

         (3-2)                                                                    

كه در آن mf­ جرم نهایی فیلتر، mI جرم اولیه فیلتر، t زمان رسوب روی فیلتر و Q دبی جرمی هوا می‌باشد.

مقادیر به ترتیب روی محور عرضی (y) و طولی (x) ترسیم می‌شوند. با استفاده از روشهای آماری (حداقل مجذور فاصله)، از مجموعه داده‌ها یك خط عبور داده می‌شود. ضریب زاویه این خط برای كالیبراسیون نتایج آزمایشاتی كه غلظت ذرات از لیزر خوانده شده است به كار می‌رود. نمونه‌ای از نمودارهای كالیبراسیون درشكل (3-7) نشان داده شده است [ ].

3-5- نتایج آزمایش

            با انجام آزمایشات متعدد و بررسی تصاویر بدست آمده از دوربین سرعت بالا مشاهده می‌شود كه انتشار شعله درجهت شتاب ثقل در داخل لوله شیشه‌ای را می‌توان به دوناحیه عمده تقسیم نمود.

       درناحیه اول كه حدود تا طول بالایی لوله را شامل می‌شود، شعله آرام بوده تقریباً با سرعتی ثابت منتشر می‌گردد. پیشانی شعله دراین ناحیه برون اعوجاج و تقریباً تخت و یا سهمی شكل[2] می‌باشد. اشكال (3-8) و (3-9) تصاویری از شعله آرام ذرات آلومینیوم را درمخلوطی از گاز اكسیژن – نیتروژن نشان می‌دهد. همچنین درغلظتهای پایین، تعدادی اعوجاج با مقیاسی درحدود قطرلوله مشاهده می‌شود (شكل (3-10)).

       ناحیه دوم معمولاً زمانی كه غلظت ذرات نزدیك به مقدار استوكیومتریك باشد بوجود می‌آید. این ناحیه با نوسان شعله آغاز می‌گردد به طوریكه نورشعله به صور متناوب كم و زیاد می‌گردد. دومین مرحله انتشار شعله ذرات، بعد از اینكه شعله حدود 20 تا 40سانتیمتر درناحیه نوسانی همراه با افزایش دامنه نوسانات انتشار یافت، آغاز می‌شود. شعله دراین ناحیه ناگهان مجبور به تحمل نوسانات سریع نامنظم گردیده كه شعله را آشفته نموده و شتاب سریعی به آن می‌دهد. درناحیه آشفته سرعت شعله با شتاب زیادی افزایش یافته و پیشانی شعله در این ناحیه دارای اشكال مختلفی می‌باشد. از جمله این اشكال می‌توان به چین خوردگیهای نامنظم، كشیدگی بیش از حد شعله از یك سمت، عدم پیشروی بخشی از شعله برخلاف بخشهای دیگر وجود ورتكسها درشعله و چند تكه شدن شعله اشاره نمود. شكل (3-11) تصویری از یك شعله آشفته را نشان داده كه درآن پیشانی شعله دارای چین خوردگیهای نامنظم می‌باشد. شكل (3-12) تصویری از یك شعله آشفته كه پیشانی آن از سمت چپ به پایین كشیده شده را نشان می‌دهد. شكل (3-13) عدم پیشروی بخشی از شعله را درپیشانی شعله نشان می‌دهد. شكل (3-14) چند تكه شدن شعله آشفته را به تصویر می‌كشد. شكل (3-15) نیز نمایانگر وجود ورتكسها درشعله آشتفته می‌باشد.


4-1- مقدمه :

در این بخش در ادامه بررسی احتراق ذرات ریز جامد به بحث و بررسی در خصوص پارامتر فاصله خاموشی می‌پردازیم. برای این منظور از همان دستگاه آزمایش فصل قبل بهعلاوه صفحات خاموشی كه در فاصله 3/1 از بالای لوله به كار گرفته شده بود استفاده نمودیم. آزمایشات این بخش با هدف بررسی تأثیر اكسیدایزر و گاز بسته بر حد رقیق غلظت و فاصله خاموشی شعله ابر ذرات آلومینیوم با قطر 18 میكرون انجام شده است.

اولین بار مطالعه بر روی فاصله خاموشی بوسیله همفری دیوی[3] در 1815 م. زمانی كه وی علاقمند به ابداع راههایی برای جلوگیری از انفجار در معاددن زغال سنگ شد، انجام گرفت. چند ماه بعد او كارهای تجربی را بر روی احتراق گاز متان شروع نمود. تا سال 1918 م. در خصوص فاصله خاموشی مقادله‌ای ارائه نگردید، تا اینكه پیمان و ویلر[4] كارهایشان را روی انتشار شعله در میان لوله‌های كوچك ارائه نمودند. بدین وسیله مشخص شد كه سرعت انتشار شعله در مخلوط هوا ـ زغال سنگ خیلی بیشتراند مخلوط متان ـ هوا می‌باشد. حدود یا قطر خاموشی بدین صورت تعریف می‌گردد؛ حداقل فاصله‌ای كه به شعله اجازه عبور داده یا بیشترین فاصله‌ای كه باعث خاموش شدن شعله می‌شود.

روشهای مختلفی جهت اندازه‌گیری فاصله خاموشی وجود دارد كه در عبارتند از روش برنز[5]، روش لوله، روش انرژی جرقه، روش دیاگرام پایداری و روش صفحات خاموشی {}. روش مورد استفاده در آزمایشگاه احتراق دانشگاه علم و صنعت ایران روش صفحات خاموشی می‌باشد كه به ذكر مختصری در خصوص این روش و نحوه عملكرد آن می‌پردازیم.

4-1-1- روش صفحات خاموشی :

یكی از روشهای بدست آوردن فاصله خاموشی استفاده از صفحات خاموشی می‌باشد. در این روش با قرار دادن یك سری از صفحات موازی فلزی در مسیر حركت شعله باعث استهلاك و در نتیجه خاموش شدن شعله می‌شویم. اگر شعله در عبور از بین صفحات خاموشی، خاموش گردید، فاصلة بین صفحات را فاصله خاموش نامیده و آنرا با نماد dq نمایش می‌دهیم.

4-1-2- نحوه عملكرد صفحات خاموشی:

قبل از انجام آزمایش، صفحات خاموشی در دمای محیط قرار دارند و اصطلاحاً می‌گوئیم كه سرد می‌باشند. به همین خاطر شعله در هنگام عبور از بین صفحات، با آنها تبادل حرارتی انجام می‌دهد. بخش اعظم این تبادل حرارتی به شیوه انتقال حرارت هدایتی می‌باشد. اگر كل انرژی حرارتی كه توسط شعله ایجاد می‌شود به صفحات انتقال یابد، شعله خاموش می‌گردد. به عبارت دیگر هنگامی شعله در بین صفحات خاموشی، خاموش می‌گردد كه داشته باشیم:

نرخ حرارت تلف شده از ناحیه شعله به دیواره صفحات خاموشی = نرخ حرارت تولید شده در شعله نكته قابل ذكر اینكه پس از خاموش شدن شعله در بین صفحات خاموشی، دمای صفحات بیش از چند درجه افزایش نمی‌یابد به گونه‌ای كه می‌توان صفحات را بدست گرفت. از آنجا كه جرم ذراتی كه در حال احتراق هستند بسیار كم می‌باشد لذا، با وجود دمای شعله كه بیش از هزار درجه كلوین می‌باشد. مقدار حرارت انتقال یافته توسط شعله اندك می‌باشد. هر چه فاصله بین صفحات خاموشی كمتر شود باعث تلفات بیشتر شعله گشته تا حدی كه این افزایش تلفات دیگر قابل جبران نبوده و منجربه خاموش شدن شعله می‌گردد. بنابراین اگر در آزمایش شعله از بین صفحات خاموشی عبور كرد باید از صفحاتی با فاصله كمتر استفاده نمود.

4-1-3- دیدگاه كاربردی صفحات خاموشی:

بحثی كه در این خصوص در ضایعی كه با ذرات ریز جامد سروكار دارند مطرح می‌باشد بیشتر باعث ایمنی است. اینكه آیا منافذ و سوراخهایی كه در مجموعه و سیستم‌های درگیر با ذرات ریز جامد وجود دارند دارای حداقل ابعاد می‌باشند یا نه بحثی است كه از این طریق پیگیری می‌باشد. بدیهی است كه منافذ موجود باید از حداقل فاصله خاموشی یعنی dol/min  كوچكتر باشد. چرا كه اگر انفجار و یا احتراقی بوجود آید البته از شیارها شروع به نفوذ می‌كند. اگر فاصله شیارها كمتر از حداقل فاصله خاموشی نباشد جت گرم گاز به ناحیه بعدی تزریق می‌شود. در صورتیكه در ناحیه بعدی مواد قابل اشتعال و یا احتراق موجود باشند امكان وقوع انفجار افزایش می‌یابد و بنابراین شیارها باید طوری طراحی شده باشند كه جت گرم نیز نتواند رسوخ كند. به این فاصله، حداكثر فاصله تجربی ایمنی می‌گویند.

4-2- روش انجام آزمایش:

روش انجام آزمایش دقیقاً همانند آزمایشات فصل قبل می‌باشد.

4-3- نتایج آزمایش:

در این قسمت به ذكر آزمایشات انجام شده به همراه نمودارهای بدست آمده می‌پردازیم.

4-3-1- آزمایش فاصله خاموشی ذرات آلومینیوم با قطر 18 میكرون:

قبل از انجام آزمایش، ذرات 18 میكرون را به مدت 48 ساعت در كوره خشك كن قرار می‌دهیم تا كاملاً خشك شوند. سپس این ذرات را در داخل سیلندر مربوطه می‌ریزیم. صفحات خاموشی را تمیز نمود. و به ترتیب از فواصل كوچك به بزرگ مرتب می‌كنیم. ابتدا از صفحات 3 میلی‌متر شروع می‌نمائیم. صفحات 3 میلی‌متر را در فاصله 3/1 از انتهای باز لوله به پایین به طور عمودی در داخل لوله نصب می‌كنیم. آنگاه به ترتیبی كه در قسمت قبل اشاره شد، ذرات را به داخل لوله آزمایش نزریق می‌كنیم و پس از ایجاد جریان یكنواخت ذرات در بالای لوله، ذرات را توسط سیم تنگستنی ملتهب مشتعل می‌كنیم و آنگاه سیستم تزری را قطع نموده و اجازه می‌دهیم تا شعله در امتداد لوله به سمت پایین منتشر شود. آزمایشات نشان می‌دهند كه شعله انتشار یافته به شمت پایین در شرایط مختلف می‌تواند از صفحات خاموشی عبور كند و در پشت صفحات همچنان به حركت خود ادامه دهد و یا اینكه در گذر از صفحات، حرارت خود را از دست داده و خاموش شود، جزئیات احتراق ابر ذرات آلومینیوم به قطر 18 میكرون در مخلوطی از 21% اكسیژن و 79% نیتروژن در جدول ( الف – 6 ) ضمیمه آمده است. نتایج تغییرات فاصله خاموشی و غلظت در شكل (4-3 ) آمده است. همانطور كه ملاحظه می‌شود اشتغال در غلظتهای پایین‌تر از

( g/m3 ) 95 می‌باشد و حداقل فاصلة خاموشی برابر 3 میلیمتر است.

دومین سری از آزمایشات با ذرات آلومینیوم به قطر 18 میكرون در مخلوطی از 30% اكسیژن و 70% نیتورژن انجام شد. جزئیات این آزمایشات در جدول ( الف – 7 ) ضمیمه آمده است. نتایج آزمایشات به صورت انتشار و خاموشی و عدم تشكیل شعله دایره توپی، دایره تو خالی و مثلث در شكل ( 4-4 ) ترسیم شده است. آنگاه با استفاده از یك خط، منحنی نقاط انتشار و خاموشی شعله را از یكدیگر جدا می‌كنیم. همانطور كه دیده می‌شود در غلظتهای پایین‌تر از 85 گرم بر متر مكعب، شعله در همه صفحات خاموش می‌شود: بنابراین حد اشتغال پذیری در این غلظت می‌باشد. همچنین مشاهده می‌شود كه در غلظتهای مختلف، شعله در فاصله خاموشی بین 1تا2 میلیمتر خاموش می‌شود و به عبارتی دیگر پیش‌بینی می‌كنیم كه حداقل فاصله خاموشی برای ذرات آلومینیوم 18 میكرون در مخلوطی از 30% اكسیژن و 70 % نیتروژن، 1 میلیمتر می‌باشد.

سری سوم آزمایشات با تغییر گاز بستر انجام شد. به این معنی كه در این سری از آزمایشات گاز آرگون را جایگزین گاز نیتروژن كه در آزمایشات قبلی از آن به عنوان گاز بستر استفاده می‌شد نمودیم. تركیب گاز استفاده شده به صورت 21% اكسژن و 79% آرگون می‌باشد. همانطور كه در مورد آزمایشات قبلی ذكر شده آزمایش فاصله خاموشی با گاز 21% اكسیژن و 79% آرگون نیز به همان ترتیب دنبال شد. جزئیات این آزمایشات در جدول

( الف – 8 ) بخش ضمیمه آمده است. نتایج این آزمایشات به لحاظ تغییرات فاصله خاموشی در شكل ( 4-5 ) آمده است. همانطور كه ملاحظه می‌شود حد اشتغال برای گاز 21% اكسیژن و 79 % آرگون، در حدود 205 گرم برمتر مكعب و حداقل فاصله خاموشی 2 میلیمتر است.

نكته حائز اهمیتی كه در مبحث فاصله خاموشی مطرح می‌باشد: این است كه ما در نمودار تغییرات فاصله خاموشی برحسب تغییر غلظت یك خط دو ناحیه خاموشی شعله و انتشار آن را جدا كند، بلكه یك باند داریم كه این دو ناحیه را از هم جدا می‌نماید.

4-4- بحث و مقایسه در نتایج:

همانگونه كه ملاحظه گردید حد رقیق غلظت جهت انتشار شعله ذرات آلومنیوم با قطر 18 میكرون برای ( 21% اكسیژن و 79 % نیتروژن )، ( 30 % اكسیژن و 70 % نیتروژن ) و ( 21% اكسیژن و 79 % آرگون ) به ترتیب 95 ، 85 ، 205 گرم بر مترمكعب و حداقل فاصله خاموشی به ترتیب 3، 2 < dq 1و2 میلیمتر بدست آمد.

در آزمایشات آقای صدیقی {} برای ذرات 18 میكرون ( 21% اكسیژن و 79 % نیتروژن ) حد اشتغال 130 گرم به مترمكعب و حداقل فاصله خاموشی 4 میلیمتر بدست آمده بود. به شكل (4-6 ) توجه كنید.

نتایج حاصل از آزمایشات ( 21% اكسیژن و 79% نیتروژن ) و ( 30% اكسیژن و 70% نیتروژن ) در شكل (4-7 ) آمده است. این شكل نشان می‌دهد كه با افزایش غلظت اكسیژن، حد رقیق غلظت جهت انتشار شعله از 95 به 85 گرم برمترمكعب و حداقل فاصله خاموشی از3 به 2 < dq 1 كاهش می‌یابد. كه این امر نشان دهنده مزان تأثیر اكسیدایزر بر روند احتراق ذرات می‌باشد. به عبارت دیگر با افزایش میزان اكسیژن در مخلوط گازی، و در نتیجه افزایش نفوذ اكسیژن به داخل توده ذرات، ذرات در غلظت پایین‌تر تحرق می‌گردند و همچنین بر شدت واكنش افزوده می‌گردد چرا كه آزمایشات نشان می‌دهند كه حداقل فاصله خاموشی نیز كاهش می‌یابد.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment