Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Mohsen DavazdahEmami
محمود اشرفی زاده (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mostafa Mohammadi
مصطفی محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Experimental investigation and three-dimensional simulation of the performance of domestic stoves
Most of the burners used in domestic gas stoves have a simple geometry and they are usually very similar in design. As a results newer and different burner styles are rarely seen even in newer stoves. Therefore, in the present study the effects of burner geometry on the thermal efficiency of gas stoves are investigated. Although there have been numerous experimental studies to determine the thermal efficiency of existing burners and the effects of different parameters to improve their thermal efficiency have been studied, there is still room to develop and study the performance of newer and different gas burner designs using computational techniques. In the present thesis, first, two of the most common burner designs have been experimentally studied according to the VITA standard and their thermal efficiencies are measured. Then these burners are numerically modelled and their steady state performances are simulated. It is then shown that both experimental and numerical results are in a good agreement. After setting up our computational model, the performance of some 7 new burner designs for domestic stoves are numerically modelled and studied. These burner designs have been categorized in three groups, 1-simple burners, 2-burners with inclined surfaces and 3-special design burners. In the first group commonly used burners exist with a difference in the shape of their gas outlet holes. The second group includes burners which have burner holes on two outer and inner inclined surfaces. The third group includes some newer and different burner designs. After numerically simulating the performance of these burners, contours of temperature and flow velocity are plotted and their thermal efficiencies are determined. Results show that using rectangular burner holes and inclined inner and outer surfaces on a burner would improve the burner thermal efficiency. The reason for this improvement is explained by looking at the temperature distribution at the bottom of the container which is heated by the burner. It appears that the movement of the maximum temperature towards the center of the bottom of the container improves the thermal efficiency. At the and, the effect of two parameters namely, the gas flow rate and the height of the container above the burner, are numerically studied and optimum values for these parameters are determined. Our numerical results show that the use of computational methods is a useful tool to study the performance of gas burners and improve their designs. Keywords: domestic stove burner, empirical research, computational fluid dynamics, thermal efficiency, combustion, burner geometry.
به طور معمول مشعل‌های استفاده‌شده در اکثر اجاق‌گازهای خانگی شکل هندسی ساده‌ای دارند که معمولاً مشابه یکدیگر می‌باشند به گونه‌ای که حتی به ندرت شکل‌های متفاوتی از این مشعل‌ها در اجاق‌گازهای جدید مشاهده می‌شود. بنابراین در کار حاضر به بررسی تأثیر هندسه‌های مختلف بر میزان بازده حرارتی مشعل اجاق‌گاز خانگی پرداخته شده است. اگرچه تاکنون مطالعات تجربی زیادی جهت اندازه‌گیری بازده حرارتی برای این مشعل‌ها صورت گرفته است و پارامترهای موثر در بهبود بازده حرارتی مورد مطالعه قرار گرفته است، اما فضای خالی جهت بررسی این مشعل‌ها به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به خوبی احساس می‌شود. در این پایان‌نامه ابتدا به بررسی تجربی دو مشعل از متداول‌ترین و پرکاربردترین مشعل‌های موجود پرداخته شده است و به کمک استاندارد VITA آمریکا آزمایش‌هایی تنظیم گردید که پس از انجام این آزمایش‌ها میزان بازده حرارتی برای مشعل‌های مورد نظر ارائه شده است. این دو مشعل که به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفتند به کمک شبیه‌سازی سه بعدی در حالت پایا نیز بررسی شده‌اند. سپس نتایج حاصل از بررسی تجربی و شبیه‌سازی با یکدیگر مقایسه گردید که از دقت قابل قبولی برخوردار می‌باشد. در ادامه به کمک شبیه‌سازی 7 مدل از مشعل‌های اجاق‌گاز خانگی که از لحاظ هندسی با یکدیگر متفاوت هستند مورد بررسی قرار گرفته است. این مشعل‌ها در سه گروه 1- مشعل‌های ساده 2- مشعل با سطوح شیب‌دار و3- مشعل با هندسه خاص دسته‌بندی شده‌اند. در گروه اول مشعل‌های پرکاربرد معمولی قرار گرفتند که تنها تفاوت آن‌ها با یکدیگر شکل مجرای خروجی گاز می‌باشد. در گروه دوم مشعل‌هایی قرار دارند که مجاری خروجی گاز در لبه‌ی بیرونی و داخلی مشعل بر روی صفحه‌های شیب‌داری واقع شده است و در گروه آخر مشعل‌هایی با شکل هندسی جدید و متفاوت قرار گرفته است. پس از شبیه‌سازی این مشعل‌ها کانتور دما و سرعت برای همه‌ی آن‌ها رسم شد و میزان بازده حرارتی برای تمامی آن‌ها اندازه‌گیری شده است. نتایج نشان داد، استفاده از مجرای خروجی مستطیل شکل و سطوح شیب‌دار در لبه‌ی داخلی و خارجی مشعل موجب بهبود بازده حرارت در آن‌ها می‌شود. در ادامه با ارائه نمودارهای توزیع دما در کف ظرف به بررسی علل افزایش بازده حرارتی در مشعل‌ها پرداخته شده است و مشخص گردید هر چه نقاط داغ در کف ظرف به مرکز آن نزدیک تر باشد بازده حرارتی نیز بیشتر است. در انتهای کار با شبیه سازی عددی دو پارامتر مهم دبی ورودی و ارتفاع ظرف از مشعل، مورد بررسی قرار گرفت و بهینه‌ترین ارتفاع و دبی ورودی برای بیشینه‌ترین بازده حرارتی معرفی گردید. نتایج کار حاضر نشان‌دهنده این است که مدل‌سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی ابزار مفیدی جهت مطالعه بر روی عملکرد مشعل‌ها در انواع اجاق‌گازهای خانگی می‌باشد. کلمات کلیدی: مشعل اجاق‌گاز خانگی، بررسی تجربی، دینامیک سیالات محاسباتی، بازده حرارتی، احتراق، هندسه مشعل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی