Κατανομή θερμοκρασίας σε μια φλόγα.

[Δημήτριος_1980]

Γεια σας και πάλι...

 

Ενδιαφέρομαι να ρωτήσω το πως κατανέμεται η θερμοκρασία στην φλόγα του φυσικού αερίου, αλλά και του πετρελαίου. Αυτό σχετίζεται με το πως θα επιλέξω τις διαστάσεις της φλόγας, που βγάζει ένας καυστήρας, συναρτήσει των διαστάσεων του θαλάμου καύσης.

 

Η αδιαβατική θερμοκρασία φλόγας για στοιχειομετρικό μείγμα και υπό σταθερή πίεση για το φυσικό αέριο είναι ίση με 1960 oC περίπου.

Αυτή είναι η μέγιστη αδιαβατική θερμοκρασία. Όσο μεταβάλλεται ο λόγος καυσίμου αέρα, είτε προς τα πάνω (φ>1 => πλούσιο μείγμα), είτε προς τα κάτω (φ<1 => φτωχό μείγμα), πέφτει η αδιαβατική θερμοκρασία καύσης. Ο λόγος φ είναι το αντίστροφο του λόγου λ.

 

Η σταθερή πίεση λαμβάνει χώρα σε χώρους καύσης λεβητών, οι οποίοι είναι ανοικτοί (επικοινωνούν με το περιβάλλον μέσω της καμινάδας). Η φλόγα τους είναι τυρβώδης (turbulent premixed).

 

Η αδιαβατική θερμοκρασία φλόγας θα λάμβανε χώρα αν ο θάλαμος καύσης (ανοικτός στην περίπτωση των λεβητών) ήταν αδιαβατικός.

Όταν η θερμοκρασία καύσης ξεπερνάει τους 3200 oK (~2920 οC), τότε λαμβάνει χώρα η διάσπαση του CO2 σε ποσοστό περίπου 50% κ.ο. και υπό πίεση 1 bar. Όσο περισσότερη διάσπαση του CO2, αλλά και του Η2 λαμβάνει χώρα (CO2+H2 <--> H2O+CO), τόσο η αδιαβατική θερμοκρασία φλόγας μειώνεται.

 

Στην πράξη η θερμοκρασία καύσης είναι διαφορετική από αυτή της αδιαβατικής τιμής, αφού :

 

1) Η καύση δεν είναι πλήρης και η στοιχειομετρία δεν είναι ανομοιογενής.

2) Υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας (αλλιώς δεν θα είχε νόημα). Λόγω ανταλλαγής θερμότητας, άλλη θερμοκρασία έχουμε στον πυρήνα της φλόγας και άλλη στο περίβλημα. Αυτό φαίνεται και από το "χρωματικό απωτύπωμα" της φλόγας.

 

Στην πράξη λοιπόν, ποια είναι θερμοκρασία φλόγας για το φυσικό αέριο (υπό σταθερή πίεση 1bar, και στοιχειομετρικό προς φτωχό μείγμα) και πως αυτή κατανέμεται;

 

Το κυριότερο ερώτημά μου : Πόσο πρέπει ν' απέχει η φλόγα από τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης ενός αερολέβητα, αν λάβουμε υπ' όψη τις ιδιότητες των υλικών κατασκευής αυτού;

Αυτό φυσικά εξαρτάται από τη μετάδοση θερμότητας μεταξύ αέρα και φλόγας-καυσαερίων.

Από τι υλικό συνήθως κατασκευάζονται οι θάλαμοι καύσης των αερολεβήτων;

 

Οι αποστάσεις της φλόγας από τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης καθορίζονται από το σχήμα αυτής. Οι κατασκευαστές καυστήρων δίνουν διαγράμματα όπου μπορεί κανείς να δει τι σχήμα θα έχει η φλόγα του, ανάλογα την ισχύ.

 

 

Ευχαριστώ.

[aiche]

Το πρόβλημα αυτό θεωρητικά είναι πολύ δύσκολο και λύνεται μόνο με αριθμητική προσομοίωση με κώδικες CFD.

 

Ένα άρθρο ερευνητικής ομάδας της ENEL σχετικό με την καύση μίγματος φυσικού αερίου και υδρογόνου που χρησιμοποιεί τον κώδικα FLUENT βρίσκεται εδώ: http://www.journal.ifrf.net/paper_download.html?paperId=37

[Δημήτριος_1980]

Το πρόβλημα αυτό θεωρητικά είναι πολύ δύσκολο και λύνεται μόνο με αριθμητική προσομοίωση με κώδικες CFD.

 

Ένα άρθρο ερευνητικής ομάδας της ENEL σχετικό με την καύση μίγματος φυσικού αερίου και υδρογόνου που χρησιμοποιεί τον κώδικα FLUENT βρίσκεται εδώ: http://www.journal.ifrf.net/paper_download.html?paperId=37

 

Ναι, το ξέρω... Ρωτώ μήπως κανείς είχε κάνει καμιά προσομοίωση, και μπορούσε να δώσει κάποιες κατευθυντήριες οδηγίες.

 

Δυστυχώς δεν έχω ασχοληθεί με αυτά. Αυτό πάντως το άρθρο φαίνεται ενδιαφέρον, ευχαριστώ!

[thanz]

Δημήτρη έχεις θέσει πολλές ερωτήσεις, οι οποίες δεν μπορούν να απαντηθούν με συζήτηση αλλά και ούτε από φόρουμ. Έχεις αρκετούς παράγοντες που επηρεάζουν την φλόγα σου και θα πρέπει να ληφθούν όλοι για τους υπολογισμούς σου.

Θα πρέπει είτε να γίνουν μετρήσεις είτε μελέτη CFD. O συνδυασμός των δυο παραπάνω θα ήταν το ιδανικό! Δεν νομίζω ότι κάποιος θα σου δώσει σαφή απάντηση.

[Δημήτριος_1980]

Αφορμή για όλ' αυτά είναι μια περίπτωση φυσικού αερίου, που μου έτυχε, σε αερολέβητα ζαχαροπλαστείου (υπάρχει ακόμη ένα topic για το θέμα αυτό, το οποίο εγώ δημιούργησα). Ο ιδιοκτήτης θέλει να κάνει μια μετατροπή από πετρέλαιο σε φυσικό αέριο.

 

Αυτός ο αερολέβητας λοιπόν έχει έναν θάλαμο καύσης Φ230 Χ 2,5 μέτρα. Ο υπάρχοντας καυστήρας πετρελαίου έχει ένα μπεκ 30 μοιρών (1,5 γαλόνια την ώρα), το οποίο δημιουργεί πολύ στενή και μακριά φλόγα. Με το φυσικό αέριο δεν μπορώ να πάρω τόσο στενή φλόγα για την επιθυμητή ισχύ (για ~60 kW), με αποτέλεσμα να έρχεται πολύ κοντά η φλόγα με τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης. Έτσι μπορεί να υπάρξει πρόβλημα αστοχίας υλικού σε βάθος χρόνου, λόγω θερμικών τάσεων (κόπωση).

 

Γι' αυτό ρώτησα για τις θερμοκρασίες του μετώπου της φλόγας.