مقاله درمورد احتراق

این مقاله با فرمت Word بوده و قابل ویرایش است همچنین آماده پرینت می باشد

موضوع : مقاله درمورد احتراق

مواد جامد بسياري وجود دارند كه قابليت احتراق داشته و در صورتيكه شرايط محيطي صحبت اشتعال آن فراهم شود شروع به سوختن مي نمايند اين شرايط كه در نهايت منجر به ايجاد يك جرقه مي گردد تا حدود زيادي به طبيعت و ابعاد ذره جامد بستگي دارد معمولاً قابليت احتراق ذرات جامد با كاهش اندازه آنها به شدت افزايش مي‌يابد به خصوص اگر ذرات جامد به شكل پودر و يا غبار درآيند كه در اينصورت شرايط جهت احتراق به مراتب مساعدتر مي گردد و در اين حالت نه تنها سريع‌تر محترق گشته بلكه سرعت سوزش آنها نيز افزايش مي يابد دليل اين امر به ميزان اكسيژن نفوذ كرده به داخل توده ذرات بر مي گردد در واقع در حالت فوق الذكر هوا يا اكسيژن راحت تر به درون توده ذرات نفوذ كرده و افت حرارتي سطح سوزش كمتر مي تواند به داخل جسم رخنه كند هنگامي كه فاصله بين ذرات زياد مي شود زمينه مناسب جهت سوختن سريع مهيا مي گردد چرا كه هواي كافي  جهت احتراق بين ذرات قرار مي گيرد حال اگر اين پتانسيل بالا كه در احتراق ذرات ريز جامد وجود دارد خارج از كنترل به فعاليت در آيد مي تواند باعث خطرات فاجعه آميز و آسيب ديدگي اقرار شود چرا كه نرخ سريع سوزش ذرات بر روي تغييرات فشار اثر گذاشته و باعث گستردگي شعله مي گردد ذراتي كه در اكثر صنايع وجود دارد قابل احتراق مي باشند اين ذرات ممكن است مستقيماً ترميم گردند و يا در در اثر ساير توليدات صنايع بوجود آيند بعنوان مثال مي‌توان از ذره آرد شكر ذرت پلاستيك ها و فلزات زغالسنگ و مواد دارويي كه مستقيماً در صنايع توليد مي شوند نام برد از جمله ذرايت كه به صورت ناخواسته و در هنگام توليدات صنعتي بوجود مي‌آيند براده هاي چوب كرك و منسوجات و انواع ديگر براده ها مي باشد در هر صورت همگي اين ذرات قابليت احتراق داشته و در صورت فراهم شدن شرايط اشتعال و يا انفجار بسيار خطرناك مي باشند اين انفجارها معمولاً زماني رخ مي دهد كه ذرات در هوا پراكنده مي گردند و منبع جهت ايجاد جرقه وجود داشته باشد در حاليكه آتش سوزي ذرات در حالات توده اي لايه اي و غيره مي تواند رخ دهد ذكر اين نكته ضروري است كه سرعت انتشار انفجار ناشي از ذرات به قدري زياد است كه مي توان گفت اگر انفجار رخ دهد تلاش در جهت خنثي كردن اثرات زيانبار آن بيهوده است به طور كلي مجموع مباحث موجود در احتراق ذرات ريز جامد را مي توان در دو بحث عمده تكنولوژي مدرن احتراق و پيشگيري و ايمني خلاصه نمود امروزه احتراق ذرات ريز جامد به لحاظ تكنولوژي مدرن احتراق در صنايع نظامي و صنايع هوا فضا كاربردهاي متنوع و متعددي دارد كه از آن جمله مي توان به استفاده از ذرات فلزي در سوخت موشكهاي جامد سوز به منظور افزايش پايداري احتراق و افزايش راندمان احتراق اشاره نمود در واقع ارزش سوخت جامد كه توليد انرژي فراوان مشخصه بارز آن بوده زماني نايابتر مي گردد كه محدوديت حجمي و وزني وجود داشته باشد از طرفي وجود غبار ذرات در صنايع باعث ايجاد مشكلات عديده اي مي گردد كه پيشتر تشريح شد  مطالب ذكر شده مبين اين مطلب بوده كه جهت جلوگيري از انفجارهاي ناخواسته غبار ذرات در صنايع و استفاده بهينه از ذرات فلزي در موشكها نياز به فعاليتهاي تحقيقاتي مناسب مي باشد در اين راستا شناخت مكانيزم انتشار شعله ذرات ريز جامد در ابري از ذرات هدف مطالعاتي بسياري از محققين در اين زمينه مي‌باشد براي شناخت اين مكانيزم عمدتاً پارامترهايي نظير سرعت سوزش و فاصله خاموشي مورد بررسي و مطالعه قرار مي گيرد ضمناً ذكر اين نكته ضروري است كه در مبحث اشتعال و ذرات تعريف واحدي در خصوص عبارت ذره وجود نداشته و در عمل عبارت ذره و پودر بدون هيچ فرقي استفاده مي گردند براي اهداف موجود در اين پايان نامه هر دو عبارت قابل استفاده بوده ولي در بيشتر موارد از عبارت ذره استفاده گرديده است البته اين نامگذاري را مي‌توان براساس قطر انجام داد بر طبق استاندارد انگليسي ذرات با قطر كمتر از يك ميكرون را دور يا غبار و ذرات بزرگتر از يك ميكرون را ذره و ذرات با ماكزيمم ابعاد كمتر از هزار ميكرون را پودر مي نامند

تاريخچه احتراق بيش از صد سال قبل انفجار در معادن زغال سنگ تنها بواسطه وجود ذرات پذيرفته شده بود هنگامي قضيه احتراق ذرات از اهميت بيشتري برخوردار شد كه در سده اخير انفجاراتي در صنايع  بيشمار ديگري كه ما ذرات سر و كار داشتند به وقوع پيوست و خطرات انفجار ذرات و نياز به توجهات كافي در مورد آنرا يادآور شد انفجارات مهم به ثبت رسيده در ايالات متحده و كانادا از سال  ميلادي شامل معادن زغال سنگ نشانگر خرابيهاي فراوان به بار آمده در كارخانه ها و بناها مي‌باشد در انگلستان آماري از تعداد انفجارها و تلفات ناشي از آن ارائه گرديده است ولي تعداد ميانگين انفجار ذرات در اين كشور در سالهاي اخير  تا  مورد در ماه گزارش گرديده است

 مروري بر ادبيات احتراق جهت شناخت و بررسي رفتار احتراقي ذرات ريز جامد لازم است مفاهيم اوليه و پارامترهاي احتراقي ذرات جامد نظير انواع شعله ها دماي آدياباتيك شعله سرعت انتشار سرعت سوزش شعله آرام شعله آشفته و… مورد مطالعه قرار گيرد در اين بخش به ذكر مفاهيم و تعاريف  موارد فوق الذكر مي پردازيم

انواع شعله هاي اساسي در فرايندهاي احتراق سوخت و اكسيد كننده مخلوط شده و مي سوزند احتراق را بر اساس زمان مخلوط شدن سوخت و اكسيد كننده به دو دسته پيش آميخته  و غير پيش آميخته  تقسيم مي كنند به آن دسته از شعله هايي كه در آن سوخت و اكسيد كننده پيش از احتراق مخلوط مي شوند شعله پيش آميخته و به آن دسته از شعله هايي كه در آن فرايند احتراق و مخلوط شدن سوخت و اكسيدايزر به صورت همزمان رخ مي‌دهد شعله غير پيش آميخته گفته مي شود شكل  نمايي از يك شعله پيش آميخته و شكل  يك شعله غير پيش آميخته را نشان مي دهد دماي آرياباتيك شعله و شعله آرياباتيك در يك فرايند احتراقي كه به صورت آرياباتيك انجام شده باشد درجه حرارت محصولات احتراق را دماي آرياباتيك شعله مي نامند در واقع دماي آرياباتيك شعله با فرض اينكه تغييري در انرژي جنبشي و پتانسيل رخ ندهد و كاري انجام نشود حداكثر مقداري است كه مواد اوليه پس از احتراق به آن مي رسند چون هيچ انتقال حرارتي انجام نمي گيرد و هيچ احتراق ناقصي باعث كاهش دماي محصولات نمي‌شود البته واقعيت اين است كه تمام شعله ها حرارت خود را به محيط اطراف منتقل مي كنند ولي اغلب در بررسيهاي تئوريك شعله آن را آرياباتيك فرض مي‌كنند براي نزديك شدن به طرح آرياباتيك شعله مي توان شعله را در يك لوله و يا چراغي كه با محيط اطراف خود تبادل حرارتي كم و خيلي سريع داشته در نظر گرفت در انتشار شعله در يك كانال باريك از آنجا كه قطر كانال كوچك تر از طول آزاد انتشار تشعشع در مخلوط ذرات ساكن مي باشد بنابراين تشعشع حاصل از پيشاني شعله و ناحيه محصولات احتراق در عبور از كانالها به طور كامل بوسيله ديوارهاي كانال جذب مي شود احتراق ابر ذرات مدلي براي بررسي پارامترهاي شعله و رفتار احتراقي ذرات ريز جامد مي باشد در اين مدل از گسترش شعله در ميان ابري از ذرات به عنوان بحث پايه جهت تحليل پارامترهاي احتراقي استفاده مي گردد ابر ذرات شامل مجموعه نسبتاً يكنواختي از ذرات مي باشد كه داراي قطر متوسط پايين هستند در احتراق ابر ذرات كه ايجاد ابر ذرات يكنواخت از جمله الزامات آن است نوع سيستم پراكنش مهم مي‌باشد همچنين اندازه قطر ذرات در احتراق ابر ذرات نقشي به سزا دارد به طوريكه هرچه اندازه قطر ذرات كم شود احتراق در ابر ذرات مي تواند خيلي سريعتر انجام شده و حتي انفجارهاي جدي و خطرناكي را بوجود آورد به اين ترتيب با توجه به مطالعات تجربي ذرات با قطر كمتر از  ميكرون مي توانند خصوصيات ابر ذرات يكنواخت جهت احتراق ابر ذرات را داشته باشند بعلاوه ابر ذرات فلزي كه نقطه جوش آنها بيشتر از دماي شعله مي باشد جهت انجام مطالعات پايه مناسبترين مي باشد احتراق ابر ذرات فلزي به سبب خصوصيات بارز آن در توليد انرژي مدتهاست كه هدف مطالعات محققين در اين زمينه مي باشد اشكال  و  تصاويري از احتراق ابر ذرات مي باشد كه توسط دوربين سرعت بالا در آزمايشگاه تحقيقاتي احتراق دانشكده مكانيك دانشگاه علم و صنعت ايران بدست آمده است

احتراق تك ذره احتراق تك ذره مدلي است كه در آن يك ذره ريز جهت شناسايي رفتار احتراقي محترق مي گردد در واقع احتراق تك ذره يك نوع مطالعه در ابعاد ميكروسكوپي مي‌باشد در اين زمينه مي توان به كارهاي Edward LDreizin  اشاره نمود ولي با محترق نمودن يك ذره آلومينيوم در محفظه اي خاص ويژگيهاي احتراق آلومينيوم نظير نوارهاي روشنايي تغييرات سرعت ذرات سرزنده زمان احتراق تاثير اكسيدايزر بر احتراق انفجارهاي كوچك در پايان احتراق احتراق غير متقارن و را مورد بررسي قرار داده است و شكل  احتراق يك تك ذره را نشان مي دهد در خصوص احتراق تك ذره در بخش بعد به طور مفصل بحث خواهد شد

پروژه فنی مهندسی مقدمه ای بر احتراق ذرات

فهرست مطالب

مقدمه ای بر احتراق ذرات

تاریخچه احتراق

مروری بر ادبیات احتراق

انواع شعله های اساسی

دمای آریاباتیک شعله و شعله آریاباتیک

احتراق ابر ذرات

احتراق تک ذره

شعله آرام

شعله آشفته

سرعت انتشار شعله

سرعت سوزش

ضخامت شعله

فاصله خاموشی شعله

خاموشی شعله

حداقل انرژی جرقه

حدود اشتعال

فصل دوم

بررسی رفتار احتراقی ذرات ریز فلزی

مقایسه انتشار شعله در ابر ذرات بور آلومینیوم منیزیم زیرکونیم و آهن