تحقیق در مورد کاربرد معادلات پیوستگی مدلی برای احتراق سوختهای دوپایه 12 ص با فرمت ورد

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

بسمه تعالی

موضوع تحقیق :کاربرد معادلات پیوستگی

تهیه کننده :علی فرودی

کد کلاس 3 - 1

مدلی برای احتراق سوختهای دوپایه

چکیده:

سوختهای دوپایه مواد همگنی هستند که از اختلاط نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین (باجایگیری مولکول های نیتروگلیسرین روی زنجیره های مولکولی نیتروسلولز ) و اندکی افزودنی های دیگر بدست می آیند و یک مخلوط همگن را شکل می دهند. هر دو جزء اصلی سوختهای دوپایه قابل انفجار می باشند. در این نوع سوختهای جامد توزیع سوخت و اکسیدان کاملا" همگن و یکنواخت است، یعنی درکنار هر واحد ساختمانی از سوخت یک مولکول از اکسیدان می باشد تا فرآیند احتراق انجام گیرد. شرایط حاکم بر احتراق در ارتباط مستقیم با پارامترهایی مانند سرعت سوزش، انرژی سوخت و دمای نواحی احتراق می باشد. در این مقاله مدلی برای احتراق سوختهای دوپایه بررسی می گردد تا ارتباط سرعت سوزش با فشار محفظه، دمای ناحیة FIZZ ZONE و مقدار انرژی سوخت مشخص گردد.

1- مقدمه

احتراق واکنش بین دو جزء سوخت و اکسید کننده است که با آزاد سازی انرژی همراه می باشد. در فرآیند احتراق، ناحیه ای از سوخت که در آن واکنش های شیمیایی رخ می دهد و با مصرف شدن مولکول های سوخت ( Reactant) مولکول های محصولات ناشی از احتراق  ( Product ) تولید می شوند، ناحیة شعله (جبهه شعله یا موج احتراقی Flame  front) نام دارد. در این ناحیه واکنش های سریع شیمیایی موجب آزاد شدن نور و حرارت می گردد.

فرآیند احتراق بر اساس نحوة شکل گیری شعلة آن، شامل دو نوع کلی زیر است :

· شعلة Premixed: در این شعله، مواد سوخت و اکسید کننده قبل از رسیدن به جبهه احتراق بطور کامل با یکدیگر مخلوط (حالت پیش مخلوط )می شوند.

· شعلة Diffusion: دراین شعله اجزاء در حین عبور از ناحیة شعله در یکدیگر منتشر و مخلوط می شوند.

سوختهای دوپایه از اجزاء نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین تشکیل شده اند که به دلیل هموژن بودن آنها شعلة Premixed را ایجاد می کنند. کاربرد این سوختها از دهة 1940 میلادی توسعه یافته و تاکنون ادامه دارد.

از احتراق سوختهای دوپایه چند ناحیه احتراقی تشکیل می گردد که در شکل (1) نواحی مختلف حاصل از سوزش سوخت های دوپایه نشان داده شده است. در احتراق این نوع از سوختها پنج ناحیه جداگانه تشکیل می شود. که دوناحیه در فاز جامد وسه ناحیه آن در فاز گاز قرار دارد. نواحی فاز جامد عبارتند از ناحیه پیش گرم (Preheated  Zone) و ناحیه خمیری 

شکل1- نواحی احتراق در یک سوخت جامد دوپایه

(Foam Zone).  ناحیه پیش گرم در واقع همان ناحیه ای از فاز جامد ( سوخت) است که درمعرض غیر مستقیم حرارت ناشی از جبهة احتراق (‌شعله) قراردارد،  ولی هنوز جبهه شعله به آن نرسیده است، بنابراین این سطح هنوز هیچگونه فعل و انفعالی ندارد. ناحیه خمیری مرز بین فاز گاز وجامد است. جبهه شعله با پیشروی در این ناحیه سطح جامد را خمیری می کند، از مشخصات این ناحیه تجزیه سوخت وافزایش ناگهانی درجه حرارت آن است. تجزیه سوخت در این ناحیه با هم گسیختگی  انرژی زای باند    CO-NO2 شروع می شود و همزمان با این اتفاق تجزیه دیگر اجزاء نیز شروع شده و ترکیباتی از NO2 و NO از سطح درحال سوزش پدید می آید فرآیند تجزیه فوق غالباً - درناحیه احتراق – یک  فرآیند گرماز است.نواحی فاز گازی عبارتند از سه منطقة :  ناحیة  فیــز( Fizz zone )، ناحیه سیاه (Dark zone) و ناحیة لومینوس (Luminous zone). مهمترین ناحیه FIZZ ZONE می باشد که تغییر در آن معمولاً بیشترین تأثیر را بر خواص بالستیکی سوخت و انرژی آن دارد در این مقاله مدلی برای احتراق سوختهای دوپایه پیشنهاد و ارتباط سرعت سوزش با فشار محفظه، دمای FIZZ ZONE و مقدار انرژی سوخت مشخص می گردد و انطباق آن با نتایج تجربی بررسی می شود. ]1[، ]2[، ]3[، ]7[

2- تحلیل تئوری احتراق سوختهای جامد

تحقیقات انجام شده روی احتراق سوختهای جامد باعث درک اتفاقاتی شده است که درفاز گاز و فازجامد روی سطح سوزش سوخت جامد انجام می گیرد.بر این اساس دو دیدگاه کلی در مورد سوختهای مرکب وجود دارد:

 در دیدگاه  اول از اثر فاز جامد روی احتراق سوخت جامد صرفنظر می گردد.

در دیدگاه دوم اثر فاز جامد به صورت جدی وارد مدلهای ریاضی شده است.

در دیدگاه اول فقط فاز گاز مد نظراست و صرفا" معادلات انرژی و بقای جرم حل می گردد ولی در دیدگاه دوم هم فاز جامد وهم فاز گاز مدل شده است و معادلات بقاء برای احتراق فاز جامد و گاز ابتدا خطی شده وسپس با اعمال شرایط مرزی مناسب حل می گردد. لازم به ذکر است که در تمام این معادلات برای  «نرخ پسروی سطح سوزش » از« قانون آرهنیوس»  استفاده می گردد، مدلهای فاز گازی می توانند روند سوزش  و پارامترهای وابسته به آن را پیش بینی کنند ولی  نمی توانند اثرات پارامترهائی چون «اثر ذرات ریز فلزی و توزیع آنها »را توجیه کنند، همچنین مدلهای فاز گازی نمی توانند اثرات پارامترهای زیر را پیش بینی کنند:

الف) اثر تغییر بایندر روی نرخ پسروی سطح درحال سوزش ( Changing the binder )

ب) دمای سطح در حال سوزش ( The surface temperature )  

ج) آزاد سازی انرژی فاز جامد ( Condensed phase heat release )

د) حساسیت نرخ سوزش به تغییرات دما ( Temperature sensitivity )

ه) اثر کاتالیست ها( The   effects  of catalysts ) 

و) تغییرات n بافشار (r  :  سرعت سوزش (نرخ پیشروی جبهة احتراق )که بصورت / است )

از سوی دیگر مدلهائی نیز که براساس فازجامد بنا شده است، قابلیت مدل سازی انرژی آزاد شده از فاز جامد و نیز حساسیت نرخ سوزش نسبت به دما و اثرات کاتالیست ها را دارند ولی نمی توانند بستگی سرعت پسروی سطح سوخت به فشار را توجیه کنند. Summerfield  و همکارانش در سال1960 مدلی بنام GRANULAR DIFFUSION FLAME ارائه کردند. در این مدل فرض بر آنست که حرارت لازم برای ادامه احتراق سطح درحال سوزش  از شعلة نفوذی (DIFFASION FLAME) روی مرز که از بخارات سوخت و اکسیدان ایجاد شده است به وجود می آید. سرعت احتراق با مکانیزم نفوذ درحین اختلاط بخارات سوخت و اکسیدکننده و واکنش همگن در فاز گاز مرتبط است. دراین مکان سطح سوزش خشک فرض می گردد.  رابطه ای که مطابق با این مدل برای نرخ سوزش استخراج می گردد عبارتست از : / که ثابت های نیمه تجربی a و b به « واکنش همگن درفاز گاز» و «نرخ نفوذ» مربوط است. این تئوری در مقادیر زیر 100 bar نتایج خوبی نشان می دهد.

3- معادلات حاکم بر احتراق سوخت های جامد

در این بخش سعی برآنست تا معادلات حاکم برمدل احتراق سوختهای جامد ارائه گردد به این منظور ابتدا یکسری فرضیات جهت ساده سازی ومدلسازی ریاضی انجام می گیرد که در زیربه آنها اشاره می شود:

الف) مسئله به صورت یک بعدی بررسی می گردد، احتراق فاز گاز به صورت آرام (LAMINAR ) فرض می شود، عمود برمقطع میدان جریان خواص ثابت فرض می شود، چون بررسی حالت گذرا که میدان جریان از آرام به متلاطم (TURBULENT) انتقال می یابد بسیار مشکل است .

مقاله درباره سوختهای فسیلی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 87

مقاله درباره سوختهای جایگزین

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 28

سوختهای جایگزین

مقدمه:

تا کنون مهمترین و معمول ترین سوخت جهت استفاده در سرویس های حمل و نقل، در بسیاری از کشورهای دنیا بنزین و گازوئیل بوده است. اتومبیل هایی که سوخت بنزین یا گازوئیل مصرف می کنند موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی پیچیده می شوند که بنوبه خود، سبب تولید اوزون در سطح جو زمین می شوند. با آنکه تمهیدات مختلف جهت کاهش آلودگی اعم از برنامه های معاینه فنی خودورها یا نصب سیستم های کنترل انتشار آلاینده در اگزوز خودروها در کشورهای پیشرفته بکار گرفته شده، لیکن این برنامه ها در شهرهای بزرگ مسئله تولید اوزون و سایر آلاینده ها را به حد کافی کاهش نداده است.

وقتی سوختهای فسیلی با ترکیب هیدروکربورهای مختلف بطور کامل می سوزد یعنی با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود، تولید دی اکسید کربن و آب می کند. حال اگر عمل سوختن کامل نباشد، بجای مقداری از دی اکسید کربن (CO2)، منواکسید کربن (CO) تولید می شود که ماده ای بسیار سمی است. همچنین برخی از اتمهای کربن موجود در ترکیبات سوخت به صورت نسوخته و ذرات جامد کربن روی هم انباشته شده، همراه هیدروکربورهای نسوخته از اگزوز اتومبیل ها به صورت دوده خارج می شود. هیدروکربورهای نسوخته نیز بهمراه مقادیری از سوخت که پیش از ورود به موتور تبخیر شده و به هوا منتشر می شود در مجاورت نور خورشید با ترکیبات اکسیدهای نیتروژن حاصل از عمل احتراق در موتور، ترکیب شده و تولید اوزون می کند. اوزون اگرچه در لایه استراتوسفر مانع از عبور نور ماورای بنفش و رسیدن آن به سمت زمین می شود لیکن در سطح زمین از مهمترین عوامل ایجاد مه دودشیمیایی(SMOG) و تولید کننده مواد سمی مضر برای سلامتی انسان محسوب می گردد.

در این راستا، سوختهای پاک دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ذاتی هستند که آنها را پاک تر از بنزین با ساختار و ترکیبات فعلی در عمل احتراق می نماید. بطور کلی این سوختها حین احتراق، هیدروکربور (نسوخته) کمتری تولید کرده و مواد منتشره حاصل از احتراق آنها دارای فعالیت شیمیایی کمتر برای تشکیل اوزون و مواد سمی دیگر می باشند. استفاده از سوختهای جایگزین، همچنین شدت افزایش و انباشته شدن دی اکسید کربن که سبب گرم شدن زمین می شود را نیز کاهش می دهد.

البته در بنزین اصلاح ساختار یافته (Reformulated Gasoline) انتشار مواد آلاینده تا 25 درصد نسبت به بنزین موجود کاهش می یابد لیکن با توجه به وابستگی آن به منابع نفت خام، بعنوان سوخت جایگزین مطرح نمی باشد.

به این ترتیب، معرفی سوختهای جایگزین و مطالعه در خصوص امکان استفاده و بهره برداری از سوختهای جایگزین، با توجه به ملاحظات فنی- اقتصادی و منابع گسترده موجود برخی از آنها در ایران، همچنین بدلیل روند روبه رشد مصرف سوختهای مایع هیدروکربوری در کشور که هر ساله موجب ضرر و زیان هنگفت به بودجه عمومی و محیط زیست کشور می شود از اهمیت قابل توجهی برخوردار شده است.

انواع سوختهای جایگزین

بیودیزل:

بیودیزل عبارت است از استرهای منو الکیل اسیدهای چرب با زنجیر طویل که از منابع طبیعی تجدید پذیر مانند روغنهای گیاهی یا چربیهای حیوانی تهیه می شود.

مخلوطهایی تا 20% بیودیزل و مابقی گازوئیل ( دیزل ) می توانند در کلیه تجهیزات مربوط به سوخت دیزل مورد استفاده قرار بگیرند. مخلوطهایی با نسبتهای بالاتر بیودیزل تا صددرصد بیودیزل خالص در موتورهای ساخته شده از سال 1994 به بعد ، با اندک تغییرات و یا حتی بدون نیاز به آنها ، می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. گرچه حمل و نقل و ذخیره سازی آنها نیازمند تمهیدات خاصی می باشد.

تفاوتهای اساسی در ترکیب بیودیزل و گازوئیل :

مهمترین تفاوت اساسی در ترکیبات بیودیزل و دیزل ، محتوای اکسیژن می باشد. میزان اکسیژن موجود در دیزل صفر است در حالیکه بیودیزل حاوی 12-10 درصد وزنی اکسیژن می باشد که باعث کاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق می گردد. بعلاوه بیودیزل عاری از گوگرد می باشد. در حالیکه در دیزل گوگرد وجود دارد که در سیستم اگزوز موتور به اکسیدهای گوگرد و سپس بخشی از آن به اسید سولفوریک تبدیل می گردد. این اسید خود منجر به تولیدات ریز می شود. گازوئیل معمولا" 40-20 درصد حجمی آروماتیک دارد که باعث افزایش انتشار آلاینده هایی نظیر Nox و ذرات معلق می گردد. بیودیزل اساسا" عاری از آروماتیکها می باشد. در گازوئیل هیچ پیوند دوگانه ( الفینی ) وجود ندارد در حالیکه در بیودیزل بواسطه حضور قابل ملاحظه محلهای غیر اشباع پایداری در مقابل اکسیداسیون کم می باشد.

ترکیب زنجیرهای اسیدهای چرب :

روغنهای گیاهی شامل ترکیبات مختلفی از زنجیرهای اسیدهای چرب می باشند. خصوصیات سوخت بیودیزل بطور قابل ملاحظه ای به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراک مورد استفاده برای استریفیکاسیون بستگی دارد.

سویا ، بادام زمینی ، پنبه دانه ، گل آفتاب گردان و کنولا ( گونه ای از دانه شلغم روغنی ) از منابع روغنهای گیاهی به شمار می روند. چربیهای حیوانی و روغن مصرف شده در آشپزی ( که به عنوان شبهه گریس شناخته می شود ) نیز منابع تولید اسیدهای چرب مورد نیاز بیودیزل می باشند.

تولید بیودیزل :

برای تهیه بیودیزل ، از روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی استفاده می شود. چربیها و روغنها با

تحقیق در مورد سوختهای فسیلی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 7 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

سوختهای فسیلی – ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی

سوختهای فسیلی از کجا بدست می آیند؟

سه نوع سوخت فسیلی اصلی وجود دارد که عبارتند از:  ذغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی . هر سه نوع سوخت فوق صدها میلیون سال پیش و قبل از عصر دایناسورها تشکیل شده اند. از این روی نام آنها را سوختهای فسیلی گذاشته اند. سن تشکیل آنها را دورة کربونیفر نام نهاده اند. این دوره بخشی از دوران پالئوزوئیک است . دورة کربونیفر نام خود را از کربن ، که عنصر اصلی ذغال سنگ و سایر سوختهای فسیلی می باشد گرفته است .

دورة کربونیفر 360 – 286 میلیون سال قبل اتفاق افتاده است. در آن زمان، خشکی از مردابهای پر از درختان بزرگ (سرخس و سایر گیاهان برگ دار بزرگ) پوشیده شده بود ، درست مشابه با آنچه که در تصویر بالا مشاهده می کنید. آب و دریاها پر از جلبک (ماده سبز رنگی که روی برکه تشکیل می شود) بود. در حقیقت جلبک مجموعه ای از میلیون ها گیاه کوچک است.

بعضی از معادن ذغالسنگ (کانسار) مربوط به دوران دایناسورهاست . بعنوان مثال لایه های نازک کربن را می توان در اواخر دورة کرتاسه (65 میلیون سال قبل) پیدا نمود. امّا کانسارهای اصلی سوخت های فسیلی مربوط به دورة کربونیفر است.

در زمانهای گذشته، درختان و گیاهان نابود شده و به اعماق مردابها فرو رفتند. به مرور زمان آنها لایه هایی از یک ماده اسفنجی به نام تورب (ذغالسنگ نارس) را تشکیل دادند. این تورب به مدت صدها سال با ماسه ، رس و سایر مواد معدنی پوشیده گردید، که نتیجه آن بوجود آمدن نوعی سنگ بنام سنگ رسوبی بود. با گذشت زمان، سنگهای بیشتری رویهم انباشته شده و در نتیجه وزن بیشتری را روی لایه های زیرین وارد کردند. بدین طریق تورب تحت فشار زیادی قرار گرفته و فشرده تر شد تااینکه آب از آن خارج و سرانجام بعداز میلیونها سال به ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی تبدیل گردید .

ذغالسنگ :

ذغالسنگ ماده ای سخت و سیاهرنگ است. ذغالسنگ از کربن ، ئیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و مقادیر متغیری سولفور تشکیل شده است. سه نوع اصلی ذغالسنگ عبارتند از : آنتراسیت (ذغالسنگ خشک خالص) ، بیتومین (قیر) و لیگنیت (ذغال قهوه ای رنگ).

سخت ترین نوع ذغالسنگ، آنتراسیت است که دارای کربن بیشتری بوده و درنتیجه دارای انرژی زیادی است. لیگنیت نرم و مقدار کربن آن کم بوده امّا مقدار ئیدروژن و اکسیژن آن زیاد است. خواص بیتومین بین آنتراسیت و لیگنیت قرار دارد. امروزه هنوز می توان تورب را در کشورهای زیادی یافته و از آن بعنوان منشاء انرژی استفاده نمود.

چینی ها اولین انسانهایی بودند که از ذغالسنگ استفاده کردند . معدن ذغالسنگ فوشان در شمال شرقی کشور چین قدمّتی در حدود سیصد سال دارد. چینی ها معتقد بودند که ذغال ، سنگی است کهمی تواند بسوزد. ذغالسنگ در بیشتر 48 ایالت آمریکا و در سایر نقاط جهان یافت می شود. استخراج ذغالسنگ به روشهای مختلفی صورت می گیرد. استخراج بعضی از معادن ذغالسنگ از طریق حفر چاه های عمودی و افقی عمیق و فرستادن معدن چیان به اعماق زمین با آسانسور یا ترن انجام می شود. روش دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد ، روش استخراج روباز است. در این روش به کمک بیل های مکانیکی بزرگ لایه های فوقانی روی ذغالسنگ را برداشته و بعداز خارج نمودن ذغالسنگ مجدداً آنها را به جایاولیه اشان باز می گردانند.

سپس ذغالسنگ توسط ترن ، کشتی و حتّی خطوط لوله به مناطق مورد نظر حمل می شود. برای حمل از طریق لوله ، ابتدا باید ذغالسنگ خرد و سپس با آب ترکیب شده تا محلولی آبکی (دوغ آب) ساخته شود. سپس این محلول از طریق خطوط لوله کیلومترها پمپاژ می گردد. در طرف دیگر، از این ذغال بعنوان سوخت نیروگاهها و سایر کارخانجات استفاده می شود.

نفت

نفت نیز یک سوخت فسیلی بوده و پیش از سیصد میلیون سال قبل تشکیل شده است. بعضی از دانشمندان براین باورند که دیاتومهای کوچک و ریز، منشاء نفت هستند. دیاتومها، موجودات دریایی به اندازة یک سر سوزن می باشند. آنها نیز مانند گیاهان، نور خورشید را به انرژی ذخیره شده تبدیل می نمایند. دیاتومها بعد از مرگ در کف دریا قرار گرفته و زیر رسوبات و سایر سنگها مدفون شدند. سنگها باعث فشار برروی دیاتومها شده و درنتیجه انرژی ذخیره شده آنها نتوانست خارج شود. سرانجام، کربن تحت فشار و حرارت به نفت تبدیل گردید. به هنگام تغییر ، حرکت و چین خوردگی پوسته زمین ، مخازنی که در آن می توانست نفت و گاز طبیعی یافت شود ، تشکیل گردید.

بیش از پنج تا شش هزار سال است که از نفت استفاده می شود. سومری ها ، آشوری ها و بابلیهای قدیم از نفت خام و آسفالت (قیر) ، که از طریق تراوشات وسیع در منطقه ای به نام توتل یا هیت واقع در رودخانة فرات جمع می شده ، استفاده می کرده اند.

در واقع مکان نشت ، محلی برروی زمین است که در آنجا نفت از زیرزمین به بیرون تراوش می نماید. مصریان قدیم از نفت مایع بعنوان دارو جهت التیام زخمهایشان ، و روشن کردن چراغهای فانوسی استفاده می کردند.

محلی به نام دریای مرده، واقع در نزدیکی اسرائیل کنونی، به آسفالت دریاچه ای معروف است. از آنجایی که در این محّل توده های نفت چسبناک ناشی ازتراوشات زیر آبی در سواحل دریاچه تجمع یافته اند ، از این رو نام کلمة آسفالت از این محل گرفته شده است.

در شمال آمریکا ، آمریکایی های بومی از پتو برای جمع آوری نفت از سطح نهرها و دریاها استفاده می کردند. آنها از نفت بعنوان دارو و آب بندی قایق ها بهره می بردند. در خلال جنگهای داخلی ، آمریکائیهای بومی به سربازان جرج وانشگتن آموختند که چگونه از نفت برای درمان سرمازدگی استفاده کنند. بارشد و پیشرفت آمریکا ، تقاضا برای نفت بعنوان سوخت چراغهای فانوسی روبه فزونی گذاشت. به دلیل قیمت بالای روغن نهنگ ، استفاده از روغن نفت در چراغهای فانوسی مرسوم گردید. در این دوران، قسمت اعظم روغن نفت از طریق تقطیر ذغالسنگ بصورت مایع یا از سطح دریاچه ها تأمین می شد. 

 سپس در بیست و هفتم آگوست سال 1859 ، شخصی بنام ادوین دریک روغن مایع را از چاهی در نزدیک محلّی بنام تیتوسویل (Titusville) در پنسیلوانیا استخراج کرد. او نفت را در زیرزمین یافته و آن را به بیرون پمپاژ نمود. سپس نفت پمپاژ شده از چاه بداخل بشکه های چوبی ریخته شد.