การส่งเสริมการถ่ายเทความร้อนและการเผาไหม้แบบซูปเปอร์แอเดียแบติกภายในวัสดุพรุนที่มีกลุ่มท่อน้ำ

Enhancement of Heat Transfer by Superadiabatic Combustion within Inert Porous Media Embedded with Water Tube Bank

Name: ปริญญา ภู่เกิดสิน

Name: Prinya Pookertsin

keyword: เชื้อเพลิงแก๊ส

Abstract: การวิจัยเตาเผาไหม้เชื้อเพลิงแก๊สในวัสดุพรุนที่มีกลุ่มท่อน้ำฝังอยูภายใน (Surface Combustor-Heater, SCH) ร่วมกับเทคนิคการเผาไหม้แบบทิศทางเดียว (One Way Flow Combustion, OWFC) และเทคนิค การเผาไหม้แบบสลับทิศทางการไหลของส่วนผสมไอดีอย่างเป็นจังหวะ (Cyclic Flow Reversal Combustion, CFRC) ได้ดำเนินการมาอย่างต่อเนื่อง โดยงานวิจัยที่ผ่านมาพบว่าเตาเผาไหม้เชื้อเพลิง แก๊สในวัสดุพรุนที่มีกลุ่มท่อน้ำฝังอยู่ภายในนั้นยังไม่สามารถทำให้เปลวไฟอยู่ภายในกลุ่มท่อน้ำได้ อย่างมีเสถียรภาพ เนื่องจากระยะห่างระหว่างกลุ่มท่อน้ำที่แคบเกินไปทำให้เปลวไฟดับ (Flame Quenching) ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือพยายามให้ตำแหน่งเปลวไฟอยู่ในกลุ่มท่อน้ำได้ อย่างมีเสถียรภาพ โดยใช้แนวทางการขยายระยะห่างระหว่างกลุ่มท่อน้ำ (Tube Arrangement) ให้ เหมาะสม ซึ่งการที่เปลวไฟสามารถติดอยู่ในกลุ่มท่อน้ำได้นี้เป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจสำหรับเตาเผา ไหม้เชื้อเพลิงแก๊สในวัสดุพรุนที่มีกลุ่มท่อน้ำฝังอยู่ภายใน เนื่องจากมีการให้การกระจายตัวของ อุณหภูมิที่พึงประสงค์ กล่าวคือ อุณหภูมิสูงบริเวณกลุ่มท่อน้ำ คาดว่าจะส่งผลให้ได้ประสิทธิภาพเชิง ความร้อนสูงขึ้น โดยในงานวิจัยนี้ทำการศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่าง ๆ ได้แก่ อัตราส่วนสมมูล อัตราการเผาไหม้ และค่าครึ่งคาบการสลับทิศทางการไหลของไอดี ที่จะส่งผลต่อการ กระจายตัวของอุณภูมิ ปริมาณมลพิษ ประสิทธิภาพเชิงความร้อน และตำแหน่งของเปลวไฟ ซึ่งเป็นตัวบ่งบอกถึงการกระจายตัวของอุณหภูมิที่พึงประสงค์ (ตำแหน่งอุณภูมิสูงอยู่ในบริเวณกลุ่ม ท่อน้ำ) สำหรับเตาเผาไหม้ที่ทำงานทั้งในการเผาไหม้แบบทิศทางเดียว และแบบสลับทิศทางการไหล นอกจากนั้นอิทธิพลของตัวแปรดังกล่าวต่อปริมาณการถ่ายเทความร้อนในแต่ละโหมดความร้อนไป ยังกลุ่มท่อน้ำ (Heat Transfer Contributions) ยังได้แสดงไว้ในที่นี้ด้วย เพื่อเป็นการแสดงถึงกลไกการ ถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นในเตาเผาไหม้เชื้อเพลิงแก๊สแบบวัสดุพรุนที่มีกลุ่มท่อน้ำฝังอยู่ภายใน จาก การศึกษาพบว่าเตาเผาไหม้ที่ทำงานทั้งในการเผาไหม้แบบทิศทางเดียว และแบบสลับทิศทางการไหล ให้ตำแหน่งเปลวไฟเคลื่อนเข้าไปอยู่ภายในบริเวณกลุ่มท่อน้ำได้อย่างมีเสถียรภาพ ซึ่งให้ประสิทธิภาพ เชิงความร้อนโดยรวม สูงสุดเท่ากับร้อยละ 92 ในขณะที่ปริมาณมลพิษคาร์บอนมอนอกไซด์ เป็น 14 ส่วนในล้านส่วน และไนโตรเจนออกไซด์เป็น 24 ส่วนในล้านส่วน ที่เงื่อนไขการทดสอบที่มี อัตราส่วนสมมูล และอัตราการเผาไหม้เป็น 0.64 และ 21 กิโลวัตต์ ตามลำดับ สำหรับระบบการเผา ไหม้แบบทิศทางเดียว ในทำนองเดียวกัน เตาเผาไหม้ที่ทำงานแบบสลับทิศทางการไหล ให้ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยรวม สูงสุดร้อยละ 95 โดยปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ต่ำมาก (8 ส่วนในล้านส่วน) ที่เงื่อนไขอัตราส่วนสมมูล อัตราการเผาไหม้ และค่าครึ่งคาบการสลับทิศทางการ ไหลเป็น 0.64 21 กิโลวัตต์ และ 60 วินาที ตามลำดับ แต่คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ปล่อยออกมาแม้ว่ามี ค่าสูง (635 ส่วนในล้านส่วน) แต่ยังอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ การศึกษาปริมาณการถ่ายเทความร้อนแต่ ละโหมดความร้อนไปยังกลุ่มท่อน้ำ ได้เปิดเผยให้เห็นว่า การพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน เป็นโหมดการถ่ายเทความร้อนหลักของการถ่ายเทความร้อนจากการเผาไหม้ไปยังกลุ่มท่อน้ำ โดยการ แผ่รังสีความร้อนมีอิทธิพลมากเมื่อเตาเผาไหม้ทำงานในช่วงส่วนผสมหนา ในขณะที่การพาความร้อน ทั้งหมด

Abstract: Based on the concept of one way flow combustion (OWFC) and cyclic flow reversal combustion (CFRC) of gas mixture within packed bed of porous medium, the research on a surface combustor- heater (SCH) was extensively investigated. From previous study of SCH, the flame location could not be located and stabilized within tube bank implying strong quenching effect provided by the small pitch distance of tube arrangement. This research intends to provide flame stabilization within water tube bank by expanding the pitch distance which reduces the quenching effect. This phenomenon is of interest for SCH, which gives favorable high temperature zone within the tube bank, yielding high thermal efficiency. The influence of equivalence ratio was investigated for SCH operated in both OWFC and CFRC types to carify the thermal structure, heat transfer performance, and emission characteristic (CO, NOx). Furthermore, the effect of half period was also investigated for CFRC type. In addition, heat transfer contributions (conduction, convection and radiation) to tube bank were revealed in order to understand the heat transfer phenomena of the PCH. The results show that flame can be stabilized within water tube bank in both OWFC and CFRC types yield increasing in the heat transfer performance of tube bank. The SCH operated in OWFC type yields highest total thermal efficiency of 92% with 14 ppm and 24 ppm of CO and NOx emission, respectively at the optimum operating condition of enquivalence ratio = 0.64 and CL = 21 kW. Moreover, the SCH operated in CFRC type yields peak total thermal efficiency of 95% with significantly low NOx emission (i.e. 8 ppm) at the optimum operating condition of enquivalence ratio = 0.52, CL = 21 kWand Half period = 60 s. However, CO emission (i.e, 635 ppm) is still acceptable high value due to the incomplete combustion. In addition, the study of heat transfer contributions reveal that both convection and radiation play an important role for transferring of combustion heat to the tube bank. Radiation contribution is dominantly enchanced when operated at rich condition, while convection contribution is dominantly enchanced when operated at lean condition. As expected, conduction insignificantly contributes only about 10% of total rate for enhancing heat transfer to the tube bank.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: สำเริง จักรใจ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2553

Modified: 2554-09-27

Issued: 2554-09-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: MEE2099

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MEE2099.pdf	4.41 MB	43	2024-12-19 10:06:45
2	MEE2099ab.pdf	33.13 KB	9	2019-06-17 09:21:25

ใช้เวลา

0.026586 วินาที