Loading...

Experimental Investigation of Plasma-Assisted Swirl Combustion

Ranjbar Najafi, Milad | 2023

0 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 58347 (45)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Aerospace Engineering
  6. Advisor(s): Mardani, Amir
  7. Abstract:
  8. In this experimental study, the effects of non-thermal dielectric barrier discharge (DBD) plasma on the swirling non-premixed combustion process within a coaxial natural gas-air burner were comprehensively investigated. The experiments were conducted by applying plasma separately to the fuel and air streams at various distances from their respective outlets to precisely analyze the impact of plasma location and operating conditions on flame stability, geometric structure, and chemiluminescence characteristics. The air entering the combustion chamber was converted into a swirling flow by axial swirlers, which played a significant role in flame stabilization. The results indicate that the presence of plasma, especially when applied in the fuel stream, enhances flame anchoring, increases the flame’s resistance to lean blowout limits, and expands its stability range. Additionally, plasma application improved flame structure, reduced its geometric dimensions, and increased the energy density within the combustion chamber. The findings further demonstrate that the spatial location of the plasma has a significant impact on its performance; specifically, increasing the distance from the outlet reduces its effectiveness. In certain cases, results suggest the existence of an optimal distance for maximizing plasma effectiveness. Spectroscopic and chemiluminescence analyses demonstrated that plasma improved the spatial distribution and concentration of reactive radical species, significantly reducing soot and pollutant emissions while maintaining the heat release rate. Plasma application in the air stream under certain conditions led to increased soot formation, higher pollutant emissions, and a relative reduction in heat release rate. Despite the relatively low power consumption compared to the thermal power of the flame, the DBD plasma technology exhibited substantial positive effects on flame stability, structure, chemiluminescence properties, and pollutant reduction, highlighting its strong potential for enhancing combustion processes and mitigating environmental impacts
  9. Keywords:
  10. Plasma ; Dielectric Barrier Discharge (DBD) ; Combustion ; Spectroscopy ; Nonpremixed Combustion ; Swirl Number

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست تصویرها
  • فصل1 مقدمه و معرفی
    • 1-1 مقدمه
    • 1-2 اهمیت موضوع
    • 1-3 احتراق
    • 1-4 احتراق پیش‌آمیخته (Premixed) و غیر پیش‌آمیخته (Diffusion)
    • 1-5 محدوده های قابل اشتعال
    • 1-6 ویژگی‌های طرح پایه محفظه احتراق موتورهای توربین گاز
    • 1-7 الزامات محفظه‌های احتراق موتورهای توربین گاز
    • 1-8 نواحی مختلف محفظه احتراق موتورهای توربین گاز
      • 1-8-1 ناحیه اولیه (Primary)
      • 1-8-2 ناحیه میانی
      • 1-8-3 ناحیه رقیق سازی
    • 1-9 جریان‌های چرخشی
    • 1-10 احتراق به کمک پلاسما در موتورهای توربین گازی
    • 1-11 پیشینه تحقیق
      • 1-11-1 پژوهش‌های خارجی
      • 1-11-2 پژوهش‌های داخلی
      • 1-11-3 پژوهش‌های داخل دانشگاه و دانشکده
    • 1-12 چشم اندازها و چالش‌ها
  • فصل2 پلاسما و کاربرد آن در احتراق
    • 2-1 پلاسما، حالت چهارم ماده
    • 2-2 پلاسما در طبیعت و آزمایشگاه
    • 2-3 دمای پلاسما: پلاسماهای حرارتی و غیر حرارتی
    • 2-4 پلاسما، ابزاری پیشرفته در فناوری‌های نوین
    • 2-5 احتراق به کمک پلاسما
    • 2-6 فیزیک و سازوکار عملکرد پلاسما در تقویت احتراق
    • 2-7 احتراق به کمک پلاسما در موتورهای توربین گازی
    • 2-8 انواع عملگرهای پلاسما
      • 2-8-1 عملگر پلاسمای تخلیه تاجی (Corona Discharge)
      • 2-8-2 عملگر پلاسمای تخلیه تابشی RF (فرکانس رادیویی)
      • 2-8-3 عملگر پلاسمای مایکروویو (Microwave)
      • 2-8-4 عملگر پلاسمای تخلیه جرقه‌ای و قوس الکتریکی (Spark, arc)
      • 2-8-5 عملگر پلاسمای تخلیه قوس الکتریکی لغزشی (Gliding arc discharge)
      • 2-8-6 پلاسمای تخلیه نانوثانیه (NSD)
      • 2-8-7 پلاسمای تخلیه مانع دی‌الکتریک (DBD)
      • 2-8-8 مقایسه روش‌های مختلف تولید پلاسما
    • 2-9 انتخاب عملگر پلاسمای DBD
  • فصل3 معرفی سامانه‌ی آزمونگر، تجهیزات آزمایشگاهی و روش‌های اندازه‌گیری
    • 3-1 معرفی سامانه‌ی آزمونگر
      • 3-1-1 معرفی سامانه
      • 3-1-2 سامانه تامین هوا
      • 3-1-3 تامین سوخت
    • 3-2 چرخاننده‌های جریان ورودی
      • 3-2-1 روش‌های محاسبه عدد چرخش (Swirl number)
        • 3-2-1-1 روابط مبتنی بر هندسه
      • 3-2-2 طراحی و ساخت چرخاننده‌ها
        • 3-2-2-1 چرخاننده با عدد چرخش ۰٫۴
        • 3-2-2-2 چرخاننده با عدد چرخش ۰٫۶
        • 3-2-2-3 چرخاننده با عدد چرخش ۰٫۸
    • 3-3 سیستم ایجاد پلاسما
      • 3-3-1 پلاسما در مسیر جریان هوا
      • 3-3-2 پلاسما در مسیر جریان سوخت
    • 3-4 تجهیزات اندازه‌گیری
      • 3-4-1 دبی‌سنج‌ها
        • 3-4-1-1 محاسبه ضریب تصحیح دبی‌سنج‌ها
        • 3-4-1-2 تصحیح دبی قرائت شده از دبی‌سنج‌ها و انجام محاسبات دبی و ریلوندز و نسبت هم‌ارزی
        • 3-4-1-3 تحلیل خطا و عدم قطعیت
        • 3-4-1-4 ترکیب خطای کمیت‌های مستقل
    • 3-5 تجهیزات تصویربرداری
    • 3-6 تجهیزات و روش طیف‌نگاری
      • 3-6-1 روش طیف‌نگاری
      • 3-6-2 تجهیزات طیف‌نگاری
    • 3-7 خلاصه‌ای از حالت‌های آزمایشی انجام‌شده
  • فصل4 بررسی پایداری شعله و عوامل مؤثر بر آن
    • 4-1 اثر چرخش بر پایداری
    • 4-2 اثر پلاسما بر محدوده پایداری شعله
      • 4-2-1 اثر پلاسما به همراه عدد چرخش ۰٫۴
        • 4-2-1-1 پلاسما در جریان سوخت
        • 4-2-1-2 پلاسما در جریان هوا
        • 4-2-1-3 مقایسه اثر پلاسما در جریان سوخت و هوا
        • 4-2-1-4 مقایسه اثر توان پلاسما
      • 4-2-2 اثر پلاسما به همراه عدد چرخش ۰٫۶
        • 4-2-2-1 پلاسما در جریان سوخت
        • 4-2-2-2 پلاسما در جریان هوا
        • 4-2-2-3 مقایسه اثر پلاسما در جریان سوخت و هوا
        • 4-2-2-4 مقایسه اثر توان پلاسما
      • 4-2-3 اثر پلاسما به همراه عدد چرخش ۰٫۸
        • 4-2-3-1 پلاسما در جریان سوخت
        • 4-2-3-2 پلاسما در جریان هوا
        • 4-2-3-3 مقایسه اثر پلاسما در جریان سوخت و هوا
        • 4-2-3-4 مقایسه اثر توان پلاسما
  • فصل5 روش‌های اپتیکی غیرتداخلی در بررسی فرایندهای احتراق
    • 5-1 طیف تابش پلاسما
    • 5-2 بررسی ساختار و ابعاد هندسی شعله
      • 5-2-1 اثر چرخش بر ساختار و ابعاد شعله
      • 5-2-2 اثر پلاسما بر ساختار و ابعاد شعله
        • 5-2-2-1 پلاسما در جریان سوخت
        • 5-2-2-2 پلاسما در جریان هوا
        • 5-2-2-3 مقایسه اثر پلاسما در جریان سوخت و هوا
        • 5-2-2-4 مقایسه اثر توان پلاسما
    • 5-3 طیف نورتابی شیمیایی شعله هیدروکربنی
    • 5-4 آزمون‌های طیف‌نگاری و تصویربرداری با فیلترهای اپتیکی باندگذر
      • 5-4-1 بررسی تأثیر شدت چرخش
      • 5-4-2 اثر پلاسما بر نورتابی شیمیایی شعله
        • 5-4-2-1 پلاسما در جریان سوخت
        • 5-4-2-2 پلاسما در جریان هوا
        • 5-4-2-3 مقایسه اثر پلاسما در جریان سوخت و هوا
        • 5-4-2-4 مقایسه اثر توان پلاسما
  • جمع‌بندی و پیشنهادات
    • جمع‌بندی
    • پیشنهادات
  • مراجع
  • پیوست1 محاسبه فشار اتمسفر آزمایشگاه
    • مراجع پیوست
...see more