مدل سازی احتراق سوخت ابر ذرات آهن به عنوان حامل انرژی جایگزین در موتورهای احتراق داخلی

اخیرا سوختهای فلزی نظیر ابر ذرات آهن به عنوان یک حامل انرژی بالقوه برای انتقال وسایل نقلیه به صورت جایگزین مناسب و پایدار برای سوختهای فسیلی پیشنهاد شده است. برای بهره برداری از چنین کاربردهایی، فهم اساسی از شعله های غبار فلزی ضروری است. در این پژوهش یک مدل ریاضی جدید برای سیستم احتراقی غیر پیش آمیخته شامل ابر ذرات آهن که در برگیرنده فرآیندهایی نظیر تغییر فاز در حین واکنش احتراقی است، ارائه شده است. در این مطالعه به منظور بررسی ساختار شعله و پروفیل دمایی و کسر جرمی مواد واکنش دهنده، معادلات اساسی بقای انرژی و جرم بر اساس فرضیات حاکم در نواحی سه گانه شامل پیش گرم، واکنش و پس از شعله حل شده است. همچنین، اثرات تغییر در تعادل نفوذ حرارتی و جرمی (تغییر عدد لوئیس سوخت و اکسیدکننده)، اندازه ذرات و گاز خنثی محیط روی دما و مکان شعله مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که با افزایش عدد لوئیس سوخت و اکساینده، به ترتیب سوخت و اکسیدکننده در دسترس در حال جریان به سمت ناحیه واکنش کاهش یافته و به تبع آن دمای شعله کاهش می یابد. به علاوه، جایگزین کردن نیتروژن با آرگون و هلیوم به عنوان گازهای حامل ذرات سوخت، دمای شعله به طور قابل ملاحظه ای افزایش میدهد. در واقع، گازهای تک اتمی نظیر آرگون و هلیوم به دلیل دارا بودن ظرفیت گرمایی پایین و نرخ انتقال مولکولی جرمی و گرمایی بسیار بزرگتر نسبت به نیتروژن، سبب افزایش دمای شعله میشوند.