مهندسی,مهندسی صنایع,مهندسی برق,مقاله,دانلود مقاله,دانلود مقاله مهندسی,دانلود جزوه مهندسی,کنکور مهندسی,پایان نامه مهندسی,مهندسی ریاضی,سایت علمی,اخبار علمی,سایت آموزشی,اخبار آموزشی,مقاله آموزشی,آموزش,مهندس

شعله نگه دار

شعله نگه دار

دسته بندی : مهندسی صنایع ایران تاریخ : سه شنبه ۲۲ اسفند ۱۳۹۶

در درس پیش (این لینک) مقدمه‌ای رو در مورد محفظه احتراق موتورهای توربینی مطالعه کردیم و متوجه شدیم سه مشکل اساسی عملکرد محفظه احتراق رو تهدید می‌کنه و قول دادیم که در ادامه به بررسی راهکارهای هریک از آن مشکلات بپردازیم. یکی از مشکلاتی که در درس پیش معرفی شد، مشکل روشن نگه داشتن شعله در داخل محفظه است و در این درس به بررسی راهکار مهندسین هوافضا برای غلبه بر این مشکل می‌پردازیم. پیش از اینکه بحث در این مورد رو آغاز کنیم فیلم زیر رو ببینید:

در فیلم بالا، اگر از صدای تعجب فیلمبردار صرف نظر کنیم، یک نکته‌ی جالب توجه دیگر هم وجود داره: اگر به خوبی به این فیلم دقت کرده باشید باید یک مفهوم فیزیکی مهم را در آن پیدا کنید، این مفهوم مهم سرعت شعله است. منظور از سرعت شعله همین چیزی است که در فیلم فوق تماشا کردید، در این فیلم دیدیم که وقتی ظرف محتوی مخلوط هوا و گاز قابل اشتعالی را آتش بزنیم، تمام ظرف به صورت ناگهانی شعله ور نمی‌شه، بلکه شعله با سرعتی خاص، از نقطه‌ی اولیه پخش می‌شه تا اینکه بالاخره تمام ظرف رو در بر بگیره. سرعت شعله در واقع نشون دهنده اینه که وقتی یک مولکول از سوخت با هوا واکنش میده، زمانی طول می‌کشه تا حرارت ناشی از این واکنش، مولکول بعدی رو بسوزونه.

اینکه شعله سریع پخش می‌شه یا کند، به عوامل مختلفی مربوطه؛ اما در این موضوع با مقدار سرعت شعله کاری نداریم… چیزی که در اینجا برای ما مهم هست فقط همینه: “شعله سرعتی داره که با همان سرعت در محفظه‌ی محلول سوخت و هوا پخش می‌شه.”

محفظه یا ظرف فیلم بالا یک محفظه‌ی بسته بود که هوای داخل آن در وضعیت ساکن قرار داشت. اما بیایید تصور کنیم اگر به جای این محفظه بسته، یک لوله (با جریان دائمی سوخت و هوا از پایین لوله به بالا) داشتیم چه اتفاقی می‌افتاد؟ اگر سرعت جریان داخل لوله از سرعت گسترش شعله بیشتر باشه چه اتفاقی می‌افته؟ پاسخ این سوال رو در فیلم زیر ببینید.

در فیلم دوم سه شعله آزمایشگاهی معمولی (چراغ بنزن) رو می‌بینیم. اگر سرعت خروج محلول هوا و گاز(متان) در این چراغ‌ها خیلی کمتر از سرعت شعله باشه، شعله به داخل لوله میره (درست همونطور که در فیلم اول به داخل ظرف شیشه‌ای رفت) به این حالت Flash Back گفته می‌شه.

حالت دوم وقتیه که سرعت جریان گاز و هوا خیلی بیشتر از سرعت شعله باشه. در این حالت سرعت جریان، جبهه‌ی شعله رو عقب می‌زنه و نه تنها مانع از ورود شعله به داخل لوله میشه، بلکه شعله رو از نوک لوله هم دور می‌کنه تا اینکه بالاخره شعله خاموش می‌شه. این حالت دقیقاً مثل خاموش کردن شعله با دمش (فوت کردن) است. این حالت هم با نام Blow Off شناخته می‌شه.

حالت سوم شعله هم حالتی بین دو وضعیت قبلیه. یعنی زمانی که سرعت جریان نه اونقدر کمه که شعله به داخل لوله کشیده بشه و نه اونقدر زیاده که شعله رو خاموش کنه. در این وضعیت سرعت شعله و جریان تقریباً برابر می‌شه و برای همین، شعله روی محل خاصی ثابت می‌مونه. این حالت سوم رو با عنوان شعله پایدار (Stable) می‌شناسیم.

جا داره بپرسید ارتباط این توضیحات با موتور هواپیما چیه؟ جواب بسیار سادست: محفظه احتراق، بخشی از موتور هواپیماست که در واقع مثل یک لوله است. جریانی از هوا (که سوخت داخل آن پاشیده شده) از سر محفظه به سمت انتهای آن در جریان است و باید شعله‌ای در داخل این محفظه به صورت پایدار در طول کل مدت پرواز روشن نگه داشته شود. بذارید خیالتون رو راحت کنم: سرعت جریان هوای داخل یک موتور توربینی هواپیما خیلی بیشتر از سرعت گسترش شعله است. یعنی اگر برای روشن نگه داشتن شعله فکری نکرده باشیم، در همون دقایق اول کار موتور، شعله دچار Blow Off میشه و موتور خاموش می‌شه. چاره‌ی جلوگیری از این مشکل چیه؟!

بیاید در یک کاربرد ساده دنبال جواب بگردیم: تا به حال به نقش فتیله در شمع دقت کردید؟ چرا شعله شمع بدون فتیله روشن نمی‌مونه؟ شکل زیر رو ببینید، وقتی شعله یک شمع در معرض جریان باد قرار بگیره به نظر میاد شعله برای نجات خودش از خاموش شدن به فتیله چنگ میزنه!

candles in the wind 5 1024x568 - شعله نگه دار

این تصور تا حدی درسته. سرعت سوختن بخار پارافین (ماده تشکیل دهنده شمع) بسیار کمه. به خاطر سرعت پایین این شعله، اگر فتیله نداشته باشیم، وجود کوچکترین جریان در هوای اطراف شمع، می‌تونه شعله‌اش رو خاموش کنه. (حالت Blow Off) وقتی یک جسم جامد در داخل شعله نگه داریم (مثل فتیله) این جسم جامد جلوی حرکت هوا رو می‌گیره و ناحیه‌ی بسیار کوچک کم سرعتی ایجاد می‌کنه و اجازه میده شعله در این ناحیه کوچک روشن بمونه. همین ناحیه‌ی کوچک کافیه تا جلوی Blow Off شعله رو بگیره و شعله روشن باقی بمونه. (مگر اینکه سرعت جریان بالادست خیلی بیشتر از توان فتیله باشه)

با توضیح بالا حق داریم فتیله‌ی شمع رو یک “شعله نگه دار” بدانیم. چرا که اگر این فتیله نبود جریان باد به سادگی می‌تونست شعله رو بشوره و خاموش کنه و این فتیله است که شعله رو در جای خودش نگه میداره.

خب به موتور هواپیما برگردیم… سرتون رو درد نمیارم! روشن ماندن شعله در موتور هواپیما هم نیازمند یک “شعله نگه دار” است. بدون شک نمی‌شه در موتور هواپیما از یک فتیله به عنوان شعله نگه دار استفاده کرد. به جای آن، سازه‌های فلزی با طراحی خاصی ساخته می‌شوند که در نگه داری شعله در سرعت‌های خیلی بالا بسیار کارآمد هستند.

شکل زیر اساس عملکرد این شعله نگه دارها رو نمایش میده.

gtp 136 12 121504 f002 - شعله نگه دار

در پایان بد نیست به تصویر زیر هم نگاهی داشته باشید: در این تصویر سه میله شعله نگه دار در جریان پر سزعت هوا قرار گرفته اند و همانطور که مشخص هست، شعله کاملاً در پشت این شعله نگه دار ها ثابت شده و بعد از آن گسترش پیدا می‌کنه.

combtest flameholders - شعله نگه دار

ads 728x90 27 7 - شعله نگه دار

دیدگاه کاربران انتشار یافته : 0 - در انتظار بررسی : 0
    • دیدگاه ارسال شده توسط شما ، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
    • دیدگاهی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با مطلب باشد منتشر نخواهد شد.