مطالعه عددی مشخصه‌های احتراقی مخلوط پیش‌آمیخته هیدروژن-هوا در میکرومحفظه‌ شعاعی به منظور استفاده در یک سیستم میکروترموفتوولتاییک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد - واحد اهواز

3 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

هدف پژوهش حاضر بررسی عملکرد و پتانسیل یک میکرومحفظه احتراق شعاعی طراحی شده برای یک سیستم میکروترموفتوولتاییک در کنار مطالعه عددی مشخصه‌های احتراقی مخلوط پیش‌آمیخته هیدروژن-هوا است. معادلات جریان به همراه معادله بقای انرژی و معادله بقای گونه با استفاده از رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی و به صورت سه بعدی با در نظر گرفتن سینتیک شیمیایی جزیی حل گردید. پارامتر‌های بررسی شده در این پژوهش شامل سرعت ورودی جریان، فاصله صفحه‌های دایره‌ای و ضخامت دیوار هستند. نتایج بدست آمده نشان دادند که افزایش سرعت ورودی جریان موجب نزدیک شدن ناحیه احتراق به دیوار و کشیده شدن آن به پایین‌دست جریان می‌شود. این مورد سبب می‌شود تا دمای دیوار افزایش یابد و به‌دنبال آن بازده سیستم میکروترموفتوولتاییک افزایش یابد. با افزایش سرعت ورودی، ناحیه چرخشی قوی‌تر و توزیع دما روی سطح بیرونی دیوار پایین یکنواخت‌تر می‌شود. با این حال، نتایج نشان داد که افزایش سرعت ورودی جریان بیش از مقدار 15  توجیه‌پذیر نیست و منجر به کاهش بازده کل سیستم می‌شود. نتایج ثابت کرد که کاهش فاصله صفحه‌های دایره‌ای از هم و همچنین، افزایش ضخامت دیوار در افزایش بازده سیستم نتیجه مطلوب دارند. بازده سیستم برای تمام موارد محاسبه و نتیجه شد که بیشترین بازده قابل دست‌یابی برای سیستم میکروترموفتوولتاییک مورد بررسی 2.63 درصد است. نتایج بدست آمده در این پژوهش برای میکرومحفظه‌های احتراق شعاعی نشان دادند که این محفظه‌ها توانایی رغابت با سایر میکرومحفظه‌های احتراق به منظور استفاده در سیستم‌های میکروترموفتوولتاییک را دارا هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study of hydrogen-air premixed mixture in radial micro combustors for usage in a micro thermophotovoltaic system

نویسندگان [English]

  • Alireza Alipoor 1
  • Arian Kadkhoda 2
  • Pouyan Abbaspour 3
1 Assistant Professor, School of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz
2 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University of Ahvaz
3 Department of Mechanical Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

The purpose of this research is investigation of performance and potential of a radial micro combustion chamber whichThe purpose of this research is investigation of performance and potential of a radial micro combustion chamber which is designed for a micro thermophotovoltaic system as well as, study of combustion characteristics of premixed H2-air mixture. Conservation equations of flow, energy and species are solved in a three-dimensional geometry with into account detailed chemical kinetics for H2-air mixture with CFD approach. Investigated parameters in this research contain inlet velocity, gap distance and wall thickness. Achieved results showed that inlet velocity enhancement causes to approach the combustion zone to the wall and stretch that to the downstream. It causes to increase wall temperature and consequently, increase the micro thermophotovoltaic efficiency. Upon increasing of inlet velocity, circulation zone inside the micro combustor will be stronger and also, temperature distribution on the outer surface of the bottom wall becomes more uniform. Result indicates increasing of inlet velocity to 15  is not reasonable and it has revers effect on efficiency. Results proved that decrease of the gap distance and enhancement of the wall thickness have desirable effect on the micro thermophotovoltaic efficiency enhancement. The micro efficiency calculated for all cases, and resulted that maximum accessible efficiency is 2.63%. In this research, obtained results are unique for the radial micro combustors, and indicated that radial micro combustors have ability of competition with other micro combustors in order to usage in the micro thermophotovoltaic systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen
  • Micro thermophotovoltaic
  • Radial micro combustor
  • Radiation efficiency