دانلود پروژه رشته برق در مورد احتراق ذرات – قسمت سوم

دانلود پایان نامه

-4- خاموشی شعله ذرات هوا

در سال 1980 م چند نفر بنام‌های جاروسینسكی « لی» كنستاتاس و كراولی (‌Crowley ) از بخش مهندسی مكانیك دانشگاه مك‌گل مونترال كانادا ]   [ تحقیقی بر روی خاموشی شعله ذرات ریز جامد ا نجام دادند كه شرح آن بدین قرار است . خاموشی شعله در مخلوطهای پودر ذرات آلومینیوم و ذرات زغالسنگ همراه با هوا در لوله ای عمودی و قائم به قطر داخلی 19/0 متر و طول 8/1 متر كه شامل صفحات خاموشی در وسط آن است مطالعه و مشاهده می‌گردد كه حداشتعال تحت شرایط فشار ثابت چندین برابر بزرگتر از مقدار اندازه‌گیری شده در حجم ثابت می باشد. فاصله‌ خاموشی برای انتشار روبه بالای شعله از قسمت باز لوله به سمت انتهای بسته لوله اندازه‌‌گیری شده در حجم ثابت می‌باشد. فاصله خاموشی برای انتشار روبه بالای شعله از قسمت باز لوله به سمت انتهای بسته لوله اندازه‌گیری شده است. حداقل فاصله خاموشی برای پودر ذرت 5/5 میلی متر برای آلومینیوم 4/10 میلی متر ، برای زغالسنگ 25 میلی‌متری ( قطر كمتر از 5 میكرون ) و حدود 190 میلی متر برای زغال‌سنگ همراه با ذرات درشت ( قطر كمتر از 70 میكرون) و 2 میلی‌متر برای مخلوط استوكیو تركیب هوا هم متان بدست آمده است. فا صله خاموشی برای پودرهای درت و آلومینیوم از لحاظ بزرگی ، هم مرتبه می باشند و این بدلیل انتشار شعله‌های كنترل شده آنهاست. كه مشابه یكدیگر می باشد. مقادیر بزرگ فاصله خاموشی برای ذرات زغالسنگ بدلیل بزرگی اندازه خدمات آنها می‌باشد. برخلاف سرعت سوزش و حداقل انرژی جرقه كه به دستگاه مورد آزمایش وابسته‌اند، فاصله خاموشی در شرایط حضور در محدوده خاموشی به دستگاه وابسته نمی‌باشد.

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

شكل 14 دستگاه مورد استفاده را نشان می دهد. برای آزمایش فشار ثابت سرپوش بالایی لوله دارای منفذی به اندازه 6/28 میلی متر می‌باشد. این منفذ جهت ؟ كردن نوسانات حاصل از انتشار رو به جلوی شعله در نظر گرفته شده است. سیستم جرقه بر روی قسمت بسته یا باز انتهایی لوله قرار گرفته است.

و انتهای لوله می‌تواند از نوع باز یا بسته باشد. قبل از انجام آزمایش ابتدا محفظه تا فشاری معادل 150 تور[1] و یا زیر فشار اتمسفر تخلیه شده و با شروع آزمایش عمل سولنوئید باعث پراكنده سازی ؟ بوسیله جریان هوا از یك مخزن هوا به ظرفیت 23/0 لیتر می‌گردد.

عبور هوا از میان ذرات باعث پراكنده سازی ذرات در حل محفظه آزمایش می گردد. دوره‌ تزریق ذرات كمتر از 100 میلی ثانیه بوده و باعث ا فزایش فشار می‌گردد. تأخیر زمانی بین تزریق بوسیلة‌ یك تایمر مكانیكی كنترل شده و اجازه می‌دهد تا این زمان به 250 متر بر ثانیه برسد. دو سوئیچ كنترل كننده جهت باز و بسته نمودن شیوه ةای سولنوئیدی و یك سوئیچ كنترل كننده جهت كنترل زمان جرقه وجود دارد.

فاصله خاموشی بوسیله تغییر در تركیب مخلوط هوا- سوخت تا رسیدن به حدود غلظتهای مختلف اندازه‌گیری می‌گردد. تست های دستگاه نشان می‌دهد كه رفتار خاموشی روبه بالای شعله متان – هوا به شكل U بوده كه این مطلب در شكل 15 نشان داده شده است. حداقل فاصله خاموشی برای مخلوط هوا – متان برابر 2 میلی‌متر می‌باشد. فاصله خاموشی به عنوان تابعی از غلظت هوا – پودر ؟ در شكل 16 نشان داده شده است.

این نمودار بیانگر دو ناحیه مجزا برای حساسیت فاصله خاموشی شعله نسبت به غلظت می باشد. برای غلظتهای كمتر از   تغییری در شیب نمودار بوجود می آید. حداقل فاصله خاموشی برای مخلوط هوا – ؟ برابر 5/5 میلی متر بوده كه معادل غلظتی به اندازه كه در حدود 4/3 برابر حالت تئوری مخلوط استوكیو متریك می‌باشد. از این نقطه به بعد منحنی مربوط به رفتار شاخه غنی مخلوط می باشد. شكل 17 نشان دهنده نتایج آزمایش‌های فاصله خاموشی ذرات آلومینیوم می‌باشد.

حد؟ اشتغال برای انتشار شعله از میان مخلوط هوا – ذرات آلومینیوم در فرایند فشار ثابت حدود 415 الی 435 گرم بر متر مكعب می‌باشد. به طور تقریبی 3 برابر حد پایین در آزمایشات بالای ( Ballal ) و حدود ¼ برابر مخلوط استوكیو تریك می ‌باشد. فاصله خاموشی این ذرات حدود 4/10 میلی ‌متر در غلظتی معادل بوده كه در 8/2 برابر مخلوط تئوری استوكیومتریك می‌باشد. نتایج آزمایشهای صورت گرفته مثال می‌دهد كه فاصله خاموشی مخلوطهای هوا – پودر ذرت و هود – پودر الومینیوم قابل مقایسه با فاصله خاموشی شعله‌های گازی می باشد.

افزایش اندازه ؟ ضخامت شعله را افزایش داده و سرعت سوزش را كاهش می دهد.

2-5- مطالعه میكروسكوپی احتراق ذرات آلومینیوم

2-5-1- پدیده سطح در احتراق آ‌لومینیوم ]  [

از جمله افرادی كه در مطالعه تجربی و میكروسكوپی احتراق ذرات آلومینیوم در سالهای اخیر نقشی به سزا داشته است Edward   L.Dreizin استاد دانشگاه پرنستون ایالت نیوجرسی امریكا می باشد. وی در مقاله‌ای كه به همراه M.Tronov ارائه نموده پدیده سطح در احتراق ذرات آلومینیوم را مورد بررسی قرار داده است كه شرح آن به قرار زیر می باشد.

تحقیقات انجام شده بر روی احتراق تك ذره آلومینیوم ، بعضی از ویژگی‌های آن را آشكار نمود. ولی بعضی از آنها همچنان در پرده‌ای از ابهام قرار دارد. به عنوان مثال هنگام احتراق به نظر می رسد در سطح ذرات تركهایی ایجاد می شود كه ناشی از انجاد اكسید در حین سورش است كه برای احتراق سریع و كامل فلزات بسیار سورس است ، اما مكانیزم آن غیر‌قابل تصور است. در آزمایش احتراق ذرات آلومینیوم – كه به صورت منفرد می‌‌باشد- تركیب شدن اكسیژن در درون ذرات فلزی سوزنده در هوا و جهشهای دمایی كه در بعضی مواقع با انفجارهای كوچك همراه می باشد مشاهده شده است.

جهت یكنواخت نمودن ذرات ریز آلومینیوم كه به نظر 150 میكرون و دمای اولیه 1600 كلوین و سرعت 3 متر بر ثانیه می باشد ( كه در دمای اتاق و فشار اتمسفر در هوا منتشر می‌شوند) از روش میكروكمان GEMMED[2] استفاده می شود ذرات ریز سورنده به طور آزاد رها می شوند و انتشار آنها توسط یك مبدل حرارتی پایش می شود. مبدل توسط یك لامپ تنگستن و یكسری حفره‌های ؟ دار كالیبرده و تنظیم می شود. در این آزمایش ذرات در هوا می‌سوزند تا زمانی كه احتراق كامل شود و یا گاهی اوقات پس از سوختن در یك گاز خنثی ( آرگون یا هلیم )‌سرد می‌شوند. در این آزمایشها وابستگی و ارتباط بین تشعشع روشن‌ذرات ریز « دمای روشنایی» و « شكل ها موج دار» به سرد نمودن ذرات سوزنده بر روی صفحه‌های شیشه‌ای كه خارج از میدان دید مبدل قرار داده شده‌اند. بوجود آمده است.

بنابراین اسیلوسكوپ نگهدارنده زمان سرد كردن را ثبت می نماید. اثرهای اطراف ذره ریز بر روی سطح شیشه‌ای دقیقاَ قبل از سرد كردن ذرات با دمای روشنایی سنجیده شده است.

در این آزمایشها مشخصه های كوچك كه در پایان احتراق اتفاق می‌افتد مشاهده می شود . با مطالعه بر روی آثار ذرات سرد شده بر روی سطوح شیشه ، انتقال روش احتراق از روش كردی متقارن به غیر متقارن شناسایی می‌شود . در واقع این شناسایی در ناحیه (‌1) شكل 19 با ظهرو آثار هاله دود ناشی از ذرات سرد شده بر روی شیشه به دست می‌آید. در ناحیه 1 كه در حدود طول می‌كشد هیچگونه نوار روشنا یی دیده نمی شود . ناحیه (2) توسط تارهای قویتری از روشنایی قابل شناسایی می باشد كه تقریباَ به طول می انجامد . در این ناحیه روشنایی افزایش می‌یابد و بردار سرعت تغییرات كوچكی دارد. شكل هاله‌های دور تغییر می‌كند و فورانهای هاله دور كه در محدود به سطح ذره می‌باشد بوجود می‌آید. دوره متناوب نوارهای مذكور می‌باشد . ناحیه (3) دارای نوارهای منظم با دوره متناوب بسیار كمتر در حدود می باشد. در این ناحیه شكل هاله دود مارپیچی است. در طول این ناحیه روشنایی به تدریج محكم می‌شود . بعد از كاهش قابل توجهی در روشنایی ایجاد می‌گردد ( ناحیه 4 ) . دوره متناوب نوارهای این ناحیه می‌باشد. در این ناحیه تغییرات سریع در سرعت بدست می آید. سرانجام نوارهای روشنایی مذكور با یك Peak پایان می یابد.

تقریباَ پس از گذشت از اشغال ، زمانیكه هوا می‌سوزد در داخل ذرات حفره‌هایی ایجاد می ‌گردد. حفره‌ها رشد می‌كنند تا زمانیكه پس از حدود 70 متر ثانیه از اشتعال تقریباَ تمام دوره را پر می‌كند .

به شكل (20 )‌توجه كنید. داده‌های آزمایشی در این یادداشت احتمال می‌دهند كه در تاثیر متقابل و غیر یكنواخت فلز – گاز باعث ایجاد تخلخل در ؟ می‌گردد.

از مشاهدات آزمایش نتیجه می‌شود كه :

1- اكسید آلومینیوم در سوزش ذرات آلومینیوم در طول دوره ابتدایی احتراق تشكیل نمی‌شود.

2- در سوخت ذرات آلومینیوم ، یك گاز كه باعث ایجاد حفره‌های داخلی می‌شود، حل نمی‌‌گردد.

باپایش تشعشع ذره آلومینیوم در طی زمان سرد شدن با گاز خنثی ( هلیم )‌می‌توان یك نوع منحنی دمای روشنایی برای احتراق ذره آ‌لومینیوم در هوا بدست آورد. شكل (‌21 ) ، سه مورد تشعشع ذره در گاز كوئیچ[3] نشان داده شده است. در هر سه مورد، ابتدا روشنایی كاهش می یابد و پس از مدتی افزایش می‌یابد.

كاهش ابتدایی دمای روشنایی به علت سرد شدن ذره در گاز خنثی می‌باشد و افزایش بعدی به علت مقداری اكسیژن محبوس در ذرات زیر سوزان می‌باشد كه باعث ایجاد یك اكسید عادی در زمان سرد شدن می‌‌گردد و این اكسید گرما است.

براساس مشاهدات آزمایشگاهی می‌توان پدیده مشابحی از نفوذ اكسیژن به داخل ؟ فنری سوزنده همراه با واكنش درونی فلز- اكسیژن را برای Ta, MO, w, fe, cu نیز در نظر گرفت.

ضمنا مشاهدات ، ؟ سوزش ذرات آلومینیوم در فاز بخار براساس نقطه جوش و ذوب آلومینویم وo3 AL2 را تأیید می‌كند.

2-5-2- بررسی مكانیزم نامتقارن احتراق ذره آ‌لومینیوم

درسال 1999 میلادی Dreizin در این آزمایشات نیز از دستگاه GEMMED كه در شكل (‌22) نشان داده شده است استفاده نمود. در این آزمایشات ذرات با قطره‌های 250 میكرون و 90 میكرون تولید شده و مورد مطالعه قرار گرفته‌اند تقریبی از اعداد بی‌بع د Peclet  [4] در خصوص انتقال حرارت و انتقال جرم نشان می دهد كه در شرایط آزمایش ، انقال حرارت و انتقال جرم عمدتاَ به شیوه هدایت انجام می‌شود. بنابراین اثر جابه‌جایی روی انقال حرارت و جرم در این آزمایش خاص خیلی كم است.

در آزمایشات مشاهده شد كه در مسیر سقوط ذره تغییراتی ایجاد می‌شود. تغییر در مسیر سقوط ذره كه در شكل (‌23 )‌به خوبی نمایان است،‌خصوصاَ در انتهای فرایند احتراق نشان دهندة‌ عدم تقارن در سوزش تك ذره آلومینیوم می باشد.

تحلیلهای مربوط به سطح و داخل ذره فقط بر روی با قطر 250 میكرون انجام می‌شود. این تحصلها كه توسط میكروسكوپ الكترونی بر روی ذرات ؟ شد. و خاموش شده صورت گرفته نشان می‌دهند كه در محیطهای گازی آزمایش یعنی He/O2 و Ar/O2 بر روی برخی از ذرات لایة‌ اكسیری تشكیل شده در هوا به طور محسوسی كوچكتر می باشد ( در مقایسه با قطر ذره ) .

بررسیهای اسپكرتوسكوپی نشان می‌دهد كه در داخل ذره ، اكسیژن وجود دارد كه این اكسژن به طور یكنواخت پخش نمی شود. تحلیلهای BSE [5] نشان می دهد كه در فازهایی با محتوای مختلف اكسیژن در داخل ذره وجود دارد. با استفاده از سیگنالهای بازگشتی BSE در ناحیه مختلف در درون ذره قابل تشخیص می‌باشد؛ یكی ناحیه حاوی اكسیژن زیاد و دیگری ناحیه حاوی اكسیژن كم (‌شكل 25 )‌

و اما بحث عدم متقارن :‌ عدم تقارن در احتراق كننده آلومینیوم قابل مشاهده است و این پدیده در تمام محیطهای ؟ كه در آزمایشهای مختلف به كار رفت‌اند دیده می‌شود. و امكان مشاهدات صورت گرفته در احتراق ذره آلومینیوم در حالتهای حضور جاذبه عمومی و نیز جاذیه بسیار كم می‌توان دریافت كه عدم تقارن در شعله آلومینیوم بعد از ایجاد غیر یكنواختی در سطح مایع ذره رخ می‌دهد كه این غیر یكنواختی نتیجه یك تغییر فاز می باشد. در واقع جدا شدن تركیبهای اكسیژن / آلومینیوم به دو فاز مختلف اكسیژن غنی و اكسیژن رقیق یك تغییر فاز در سطح ذره محسوب می‌شود.

مطالعات تجربی نشان می‌دهد كه عدم یكنواختی در نرخ انتقال اكسیژن به سطح در نهایت در تشكیل لایه اكسیدی اثر می‌گذارد. هر چه پدیده تجزیه و حل اكسیژن در درون ذره شدیدتر باشد، احتراق نامتقارن ذره زودتر شروع شده و تشكیل لایه اكسیدی نیز بیشتر خواهد بود.

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