مقاله احتراق ذرات

1-1- مقدمه ای بر احتراق ذرات ]1و2[

مواد جامد بسیاری وجود دارند كه قابلیت احتراق داشته و در صورتیكه شرایط محیطی صحبت اشتعال آن فراهم شود، شروع به سوختن می نمایند. این شرایط كه در نهایت منجر به ایجاد یك جرقه می گردد تا حدود زیادی به طبیعت و ابعاد ذره جامد بستگی دارد. معمولاً قابلیت احتراق ذرات جامد با كاهش اندازه آنها به شدت افزایش می‌یابد به خصوص اگر ذرات جامد به شكل پودر و یا غبار درآیند كه در اینصورت شرایط جهت احتراق به مراتب مساعدتر می گردد و در این حالت نه تنها سریع‌تر محترق گشته بلكه سرعت سوزش آنها نیز افزایش می یابد. دلیل این امر به میزان اكسیژن نفوذ كرده به داخل توده ذرات بر می گردد. در واقع در حالت فوق الذكر هوا یا اكسیژن راحت تر به درون توده ذرات نفوذ كرده و افت حرارتی سطح سوزش كمتر می تواند به داخل جسم رخنه كند.

هنگامی كه فاصله بین ذرات زیاد می شود، زمینه مناسب جهت سوختن سریع مهیا می گردد، چرا كه هوای كافی  جهت احتراق، بین ذرات قرار می گیرد. حال اگر این پتانسیل بالا كه در احتراق ذرات ریز جامد وجود دارد خارج از كنترل به فعالیت در آید می تواند باعث خطرات فاجعه آمیز و آسیب دیدگی اقرار شود. چرا كه نرخ سریع سوزش ذرات بر روی تغییرات فشار اثر گذاشته و باعث گستردگی شعله می گردد.

ذراتی كه در اكثر صنایع وجود دارد، قابل احتراق می باشند. این ذرات ممكن است مستقیماً ترمیم گردند و یا در در اثر سایر تولیدات صنایع بوجود آیند بعنوان مثال می‌توان از ذره آرد، شكر، ذرت، پلاستیك ها و فلزات زغالسنگ و مواد دارویی كه مستقیماً در صنایع تولید می شوند نام برد.

از جمله ذرایت كه به صورت ناخواسته و در هنگام تولیدات صنعتی بوجود می‌آیند، براده های چوب، كرك و منسوجات و انواع دیگر براده ها می باشد. در هر صورت همگی این ذرات قابلیت احتراق داشته و در صورت فراهم شدن شرایط اشتعال و یا انفجار بسیار خطرناك می باشند. این انفجارها معمولاً زمانی رخ می دهد كه ذرات در هوا پراكنده می گردند و منبع جهت ایجاد جرقه وجود داشته باشد، در حالیكه آتش سوزی ذرات در حالات توده ای، لایه ای و غیره می تواند رخ دهد. ذكر این نكته ضروری است كه سرعت انتشار انفجار ناشی از ذرات به قدری زیاد است كه می توان گفت اگر انفجار رخ دهد تلاش در جهت خنثی كردن اثرات زیانبار آن بیهوده است.

به طور كلی مجموع مباحث موجود در احتراق ذرات ریز جامد را می توان در دو بحث عمده «تكنولوژی مدرن احتراق» و «پیشگیری و ایمنی» خلاصه نمود. امروزه احتراق ذرات ریز جامد به لحاظ تكنولوژی مدرن احتراق در صنایع نظامی و صنایع هوا فضا كاربردهای متنوع و متعددی دارد كه از آن جمله می توان به استفاده از ذرات فلزی در سوخت موشكهای جامد سوز به منظور افزایش پایداری احتراق و افزایش راندمان احتراق اشاره نمود. در واقع ارزش سوخت جامد كه تولید انرژی فراوان مشخصه بارز آن بوده زمانی نایابتر می گردد كه محدودیت حجمی و وزنی وجود داشته باشد.

از طرفی وجود غبار ذرات در صنایع باعث ایجاد مشكلات عدیده ای می گردد كه پیشتر تشریح شد.  مطالب ذكر شده مبین این مطلب بوده كه جهت جلوگیری از انفجارهای ناخواسته غبار ذرات در صنایع و استفاده بهینه از ذرات فلزی در موشكها، نیاز به فعالیتهای تحقیقاتی مناسب می باشد. در این راستا شناخت مكانیزم انتشار شعله ذرات ریز جامد در ابری از ذرات، هدف مطالعاتی بسیاری از محققین در این زمینه می‌باشد. برای شناخت این مكانیزم عمدتاً پارامترهایی نظیر سرعت سوزش و فاصله خاموشی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد.

...

2-4- خاموشی شعله ذرات هوا

در سال 1980 م چند نفر بنام‌های جاروسینسكی « لی» كنستاتاس و كراولی (‌Crowley ) از بخش مهندسی مكانیك دانشگاه  مك‌گل مونترال كانادا ]   [ تحقیقی بر روی خاموشی شعله ذرات ریز جامد  ا نجام دادند كه شرح آن بدین قرار است . خاموشی شعله در مخلوطهای پودر ذرات آلومینیوم و ذرات زغالسنگ همراه با هوا در لوله ای عمودی و قائم به قطر داخلی 19/0 متر و طول 8/1 متر كه شامل صفحات خاموشی در وسط آن است مطالعه و مشاهده می‌گردد كه حداشتعال تحت شرایط فشار ثابت چندین برابر بزرگتر از مقدار اندازه‌گیری شده در حجم ثابت می باشد. فاصله‌ خاموشی برای انتشار روبه بالای شعله از قسمت باز لوله به سمت انتهای بسته لوله اندازه‌‌گیری شده در حجم ثابت می‌باشد. فاصله خاموشی برای انتشار روبه بالای شعله از قسمت باز لوله به سمت انتهای بسته لوله اندازه‌گیری شده است. حداقل فاصله خاموشی برای پودر ذرت 5/5 میلی متر برای آلومینیوم 4/10 میلی متر ، برای زغالسنگ 25 میلی‌متری ( قطر كمتر از 5  میكرون ) و حدود 190 میلی متر برای زغال‌سنگ همراه با ذرات درشت ( قطر كمتر از 70 میكرون) و 2 میلی‌متر برای مخلوط استوكیو تركیب هوا هم متان بدست آمده است. فا صله خاموشی برای پودرهای درت و آلومینیوم از لحاظ بزرگی ، هم مرتبه می باشند و این بدلیل انتشار شعله‌های كنترل شده آنهاست. كه مشابه یكدیگر می باشد. مقادیر بزرگ فاصله خاموشی برای ذرات زغالسنگ بدلیل بزرگی اندازه خدمات آنها می‌باشد. برخلاف سرعت سوزش و حداقل انرژی جرقه كه به دستگاه مورد آزمایش وابسته‌اند، فاصله خاموشی در شرایط حضور در  محدوده خاموشی به دستگاه وابسته نمی‌باشد.

شكل 14 دستگاه مورد استفاده  را نشان می دهد. برای آزمایش فشار ثابت سرپوش بالایی لوله دارای منفذی به اندازه 6/28 میلی متر می‌باشد. این منفذ جهت ؟ كردن نوسانات حاصل از انتشار رو به جلوی شعله در نظر گرفته شده است. سیستم جرقه بر روی قسمت بسته یا باز انتهایی لوله قرار گرفته است.

و انتهای لوله می‌تواند از نوع باز یا بسته باشد. قبل از انجام آزمایش ابتدا محفظه تا فشاری معادل 150 تور[1]  و یا زیر فشار اتمسفر تخلیه شده و با شروع آزمایش عمل سولنوئید باعث پراكنده سازی  ؟ بوسیله جریان هوا از یك مخزن هوا به ظرفیت 23/0 لیتر می‌گردد.

عبور هوا از میان ذرات باعث پراكنده سازی ذرات در حل محفظه آزمایش می گردد. دوره‌ تزریق ذرات كمتر از 100 میلی ثانیه بوده و باعث ا فزایش فشار می‌گردد. تأخیر زمانی بین تزریق بوسیلة‌ یك تایمر مكانیكی كنترل شده و اجازه می‌دهد تا این زمان به 250 متر بر ثانیه برسد. دو  سوئیچ كنترل كننده جهت باز و بسته نمودن شیوه ةای سولنوئیدی و یك سوئیچ كنترل كننده جهت كنترل زمان جرقه وجود دارد.

[1] - Toor