Продуктивність циліндричної та плоскої мезомасштабної камери згоряння з подвійним вузькощільовим стабілізатором полум'я для мікроенергетичного генератора

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.198570

Ключові слова:

циліндрична мезомасштабна камера згоряння, плоска мезомасштабна камера згоряння, подвійна вузька щілина, відношення вхідної та середньої швидкостей

Анотація

В даному дослідженні проводиться порівняння характеристик циліндричної мезомасштабної камери згоряння з двома плоскими мезомасштабними камерами згоряння, включаючи форму фронту полум’я, температуру осі камери згоряння і стінки камери згоряння, а також межу займистості. Використовувана камера згоряння має кільцевий, квадратний і прямокутний перетин. Всі три камери згоряння мають однакову площу поперечного перерізу і об’єм. Використовуваний стабілізатор полум’я являє собою подвійну вузьку щілину. В якості палива використовується зріджений нафтовий газ з окислювачем на основі чистого кисню. Результати експерименту показали, що циліндрична камера згоряння утворює більш рівномірну форму полум’я, яке заповнює камеру згоряння, і немає чіткого поділу між сторонами полум’я по обидва боки вузької щілини. Високе відношення вхідної і середньої швидкостей призводить до великого позитивного градієнту тиску, який створює вихор і рециркуляцію за стабілізатором полум’я, що дозволяє суміші довше перебувати в камері згоряння (тривалий час перебування). Форма фронту полум’я впливає на температуру осі камери згоряння. Форма фронту полум’я, яке заповнює всю камеру згоряння, має більш високу температуру полум’я, ніж окрема форма фронту полум’я. Кільцева камера згоряння має найвищу середню температуру осі, але найнижчу температуру стінки камери згоряння. Це показує, що кільцева камера згоряння має найменші втрати тепла від полум’я до стінки камери згоряння. Крім того, кільцева мезомасштабна камера згоряння має найбільш широку карту стійкості. При такому ж обсязі кільцева камера згоряння має більш низьке відношення площі поверхні до об'єму, тому тепловтрати також є низькими. Площа мертвої зони також стає більш вузькою, тільки при низькій швидкості реакції. Прямокутні камери згоряння мають найбільше відношення площі поверхні до об’єму, тому втрати також є найбільшими. Незважаючи на найвужчі межі займистості, прямокутні камери згоряння мають найвищі середні температури стінок

Біографії авторів

Satworo Adiwidodo, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145 State Polytechnic of Malang Jl. Soekarno-Hatta, 9, Malang, Indonesia, 65141

Doctoral Student

Department of Mechanical Engineering

Lecturer

Department of Mechanical Engineering

I Nyoman Gede Wardana, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

PhD, Professor

Department of Mechanical Engineering

Lilis Yuliati, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Mechanical Engineering, Assistant Professor

Department of Mechanical Engineering

Mega Nur Sasongko, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Mechanical Engineering, Assistant Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Sharaf, O. Z., Orhan, M. F. (2014). An overview of fuel cell technology: Fundamentals and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 32, 810–853. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.01.012
  2. Staffell, I., Scamman, D., Velazquez Abad, A., Balcombe, P., Dodds, P. E., Ekins, P. et. al. (2019). The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science, 12 (2), 463–491. doi: https://doi.org/10.1039/c8ee01157e
  3. Oudenhoven, J. F. M., Vullers, R. J. M., Schaijk, R. (2012). A review of the present situation and future developments of micro-batteries for wireless autonomous sensor systems. International Journal of Energy Research, 36 (12), 1139–1150. doi: https://doi.org/10.1002/er.2949
  4. Chou, S. K., Yang, W. M., Chua, K. J., Li, J., Zhang, K. L. (2011). Development of micro power generators – A review. Applied Energy, 88 (1), 1–16. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.07.010
  5. Ju, Y., Maruta, K. (2011). Microscale combustion: Technology development and fundamental research. Progress in Energy and Combustion Science, 37 (6), 669–715. doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2011.03.001
  6. Kaisare, N. S., Vlachos, D. G. (2012). A review on microcombustion: Fundamentals, devices and applications. Progress in Energy and Combustion Science, 38 (3), 321–359. doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2012.01.001
  7. Nakamura, Y., Gao, J., Matsuoka, T. (2017). Progress in small-scale combustion. Journal of Thermal Science and Technology, 12 (1), JTST0001–JTST0001. doi: https://doi.org/10.1299/jtst.2017jtst0001
  8. Zhong, B.-J., Wang, J.-H. (2010). Experimental study on premixed CH4/air mixture combustion in micro Swiss-roll combustors. Combustion and Flame, 157 (12), 2222–2229. doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.07.014
  9. Zhou, J., Wang, Y., Yang, W., Liu, J., Wang, Z., Cen, K. (2009). Improvement of micro-combustion stability through electrical heating. Applied Thermal Engineering, 29 (11-12), 2373–2378. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.12.005
  10. Pan, J., Zhang, R., Lu, Q., Zha, Z., Bani, S. (2017). Experimental study on premixed methane-air catalytic combustion in rectangular micro channel. Applied Thermal Engineering, 117, 1–7. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.02.008
  11. Chen, J., Yan, L., Song, W., Xu, D. (2018). Catalytic Oxidation of Synthesis Gas on Platinum at Low Temperatures for Power Generation Applications. Energies, 11 (6), 1575. doi: https://doi.org/10.3390/en11061575
  12. Gan, Y., Tong, Y., Jiang, Z., Chen, X., Li, H., Jiang, X. (2018). Electro-spraying and catalytic combustion characteristics of ethanol in meso-scale combustors with steel and platinum meshes. Energy Conversion and Management, 164, 410–416. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.03.018
  13. Miesse, C., Masel, R., Short, M., Shannon, M. (2005). Experimental observations of methane–oxygen diffusion flame structure in a sub-millimetre microburner. Combustion Theory and Modelling, 9 (1), 77–92. doi: https://doi.org/10.1080/13647830500051661
  14. Li, J., Zhong, B. (2008). Experimental investigation on heat loss and combustion in methane/oxygen micro-tube combustor. Applied Thermal Engineering, 28 (7), 707–716. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.06.001
  15. Sarrafan Sadeghi, S., Tabejamaat, S., Baigmohammadi, M., Zarvandi, J. (2014). An experimental study of the effects of equivalence ratio, mixture velocity and nitrogen dilution on methane/oxygen pre-mixed flame dynamics in a meso-scale reactor. Energy Conversion and Management, 81, 169–183. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.02.022
  16. Baigmohammadi, M., Tabejamaat, S., Yeganeh, M. (2019). Experimental study of methane-oxygen premixed flame characteristics in non-adiabatic micro-reactors. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 142, 107590. doi: https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107590
  17. Fan, A., Wan, J., Liu, Y., Pi, B., Yao, H., Maruta, K., Liu, W. (2013). The effect of the blockage ratio on the blow-off limit of a hydrogen/air flame in a planar micro-combustor with a bluff body. International Journal of Hydrogen Energy, 38 (26), 11438–11445. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.06.100
  18. Wan, J., Fan, A., Liu, Y., Yao, H., Liu, W., Gou, X., Zhao, D. (2015). Experimental investigation and numerical analysis on flame stabilization of CH4/air mixture in a mesoscale channel with wall cavities. Combustion and Flame, 162 (4), 1035–1045. doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2014.09.024
  19. Zhang, Z., Wu, K., Yao, W., Yuen, R., Wang, J. (2020). Enhancement of combustion performance in a microchannel: Synergistic effects of bluff-body and cavity. Fuel, 265, 116940. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116940
  20. Chen, X., Li, J., Feng, M., Zhao, D., Shi, B., Wang, N. (2019). Flame stability and combustion characteristics of liquid fuel in a meso-scale burner with porous media. Fuel, 251, 249–259. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.04.011
  21. Yuliati, L. (2014). Flame Stability of Gaseous Fuel Combustion inside Meso-Scale Combustor with Double Wire Mesh. Applied Mechanics and Materials, 664, 231–235. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.664.231
  22. Sanata, A., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., Sasongko, M. N. (2019). Effect of backward facing step on combustion stability in a constant contact area cylindrical meso­scale combustor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (97)), 51–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.149217
  23. Adiwidodo, S., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., Sasongko, M. N. (2016). Flame Stability Measurement on Rectangular Slot Meso-Scale Combustor. Applied Mechanics and Materials, 836, 271–276. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.836.271
  24. Yan, Y., He, Z., Xu, Q., Zhang, L., Li, L., Yang, Z., Ran, J. (2019). Numerical study on premixed hydrogen/air combustion characteristics in micro–combustor with slits on both sides of the bluff body. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (3), 1998–2012. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.11.128
  25. Adiwidodo, S., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., Sasongko, M. N. (2019). Development of planar meso­scale combustor with double narrow slit flame holder and various aspect ratios for micropower generator. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (97)), 14–23. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155663

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Adiwidodo, S., Wardana, I. N. G., Yuliati, L., & Sasongko, M. N. (2020). Продуктивність циліндричної та плоскої мезомасштабної камери згоряння з подвійним вузькощільовим стабілізатором полум’я для мікроенергетичного генератора. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (104), 35–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.198570

Номер

Том 2 № 8 (104) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Satworo Adiwidodo, I Nyoman Gede Wardana, Lilis Yuliati, Mega Nur Sasongko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.