دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی مکانیک
آقای مهندس سید علیرضا مصطفوی، دانشجوی دوره دکتری دانشکده مهندسی مکانیک، بیستم شهریور ماه سال 92، از رساله خود با عنوان « احتراق مخلوط گاز و ذرا ت ریز» دفاع نمود.
چکیده این رساله که راهنمایی آن را دکتر مهدی بیدآبادی برعهده داشتند به شرح زیر میباشد.
معضل انرژی و محیط زیست بزرگترین نگرانی دنیای صنعتی امروز بوده که به طور جدی تعیینکننده جهتگیری تحقیقات علمی میباشد. سوخت بیومس یک منیع ارزانی است که با توسعه روزافزون جوامع و افزایش سطح زبالههای شهری نگرانی و امیدهایی را در ذهن ایجاد میکند و احتراق بدون شعله ذرات ارگانیک مورد مطالعه قرار گرفته که همزمان استفاده از منابع انرژیهای تجدیدپذیر و همچنین کاهش سطح آلودگیهای زیست محیطی خاصه آلودگیهای NOx را مدنظر قرار میدهد.
در این تحقیق که به مدلسازی احتراق بدون شعله ذرات ارگانیک پرداخته شده است ابتدا شعله های آرام وسپس شعله مغشوش به طور کامل و با هدف تعیین اثرات غالب در جریان مورد مطالعه قرارگرفته است. در شعلههای آرام که سرعت جریان کم و عدد استوکس نیز بسیار پائین میباشد تعادل هیدرودینامیکی بین ذرات و فاز پیوسته در هر نقطه برقرار بوده و هر دو فاز دارای سرعت یکسانی میباشند در نتیجه از یک مدل همگن استفاده شده است. استفاده از یک مدل همگن با فرض سرعت یکسان برای هر دو فاز ذره و گاز در هر نقطه منجر به تعیین مشخصههای شعله ذرات خواهد شدکه در یک کد کامپیوتری به محاسبه تغییرات ایجاد شده پرداخته شده است.کم بودن سرعت در جریان آرام و ناچیز بودن نیروی درگ باعث میشود تا نیروی ترموفورتیک نیروی غالب وارد بر ذره در نواحی مجاور شعله بوده، باعث دور راندن ذرات از نزدیک شعله شده و نهایتا توزیع همگن ذرات در نواحی مجاور شعله را برهم زند.
در ادامه حل عددی احتراق بدون شعله مغشوش ذرات ارگانیک، به طور خاص ذرات زغالسنگ و سپس ذرات لایکوپودیوم، به طور جامع مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا مدل مورد استفاده برای ذرات زغالسنگ اعتبارسنجی شده و سپس احتراق ذرات لایکوپودیوم در محفظه موردنظر و با توان قبلی مورد مطالعه قرار گرفته شده است. اندازه ذرات، ترکیب اجزای مختلف ذره و همچنین سینتیک شیمیایی تبخیر ذرات مورد نیاز است که با استفاده از تستها و آزمایشات مختلف تعیین و مورد استفاده قرار گرفتهاند. ذرات لایکوپودیوم 32 میکرومتر و حاوی تقریبا 64 درصد کربن،26 درصد اکسیژن، 8 درصد هیدروژن و 2 درصد نیتروژن است. بر اساس دیدگاه اویلری-لاگرانژی، معادلات ناویر استوکس برای فاز پیوسته گاز و فرمولبندی لاگرانژی برای دنبال کردن ذرات جامد در داخل محفظه احتراق بکار گرفته شده است. با توجه درصد حجمی ذرات جامد و وجود یک برهمکنش دوراهه در مخلوط، اثرات برهمکنش جرم شامل تبخیر ذرات و احتراق مواد فرار، برهمکنش مومنتوم شامل نیروهای لیفت، درگ و ترموفورتیک و برهمکنش انرژی شامل انرژی حاصل از احتراق در معادلات مربوط به هر دو فاز اعمال شده است. مدل متوسطگیری شده رینولدز برای مدلسازی تنشهای رینولدز ناشی از اغتشاشات در جریان و مدل اتلاف ادی در احتراق مواد فرار در فاز گاز بکار گرفته شده است. نتایج حاکی از این است که تطابق بسیار بالایی با نتایج تجربی وجود دارد و مسیر ذرات در داخل محفظه احتراق اصلیترین عامل در چگونگی و میزان توزیع کلیه پارارمترهای فیزیکی از جمله دما و درصد جرمی اجرای مختلف در محفظه است. محل تزریق ذرات و در نتیجه قرارگیری ذرات در نواحی مختلف محفظه با سرعت و یا دمایی خاص، تعیینکننده محل و میزان تبخیر و سوزش گازها بوده و عاملی مهم در شرایط نهایی داخل محفظه میباشد.