Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 28, No. 2 (February 2015) 261-269   

downloaded Downloaded: 192   viewed Viewed: 1971

  SIMULATION STUDY: THE ROLE OF AREA TO VOLUME RATIO AND KEY PARAMETERS IN CYLINDRICAL MICRO COMBUSTORS
 
A. R. Wirawan, S. Sudjito, W. Slamet and W. Dennya
 
( Received: March 10, 2014 – Accepted: November 13, 2014 )
 
 

Abstract    Abstract A new micro combustion concept is described in this work by introducing a new terminology in the micro combustion. The effects of Area to Volume Ratio (AVR) of the micro-combustors were studied to find the best performance of designed micro-combustors. In order to test the feasibility of the designed micro combustors before the actual experiment is conducted, simulation work was performed. There are three key parameters involved in the current study: Area to Volume Ratio (AVR), Flow Velocity of the mixture (U), and Fuel-Air Equivalence Ration (ɸ). Main results of this experiment are images of temperature contour, graphs of temperature distribution profile, and graphs of mean temperature profile. This study found there is a specific range of mixture flow velocity (0.50 – 0.56 m/sec) which result a high and uniform temperature distribution as well as its best mean temperature of micro combustion process. The simulation work could also localized the specific range of AVR-value (1.40 – 2.01) which require further investigation in the future.

 

Keywords    Premixed micro-combustion, Micro combustor, Area to volume ratio, Temperature distribution, Numeric simulation, premixed flame

 

چکیده    محفظه­ی ریزاحتراق یکی از دستگاه­های کوچک تبدیل گرما به قدرت محصولات مانند ریز روبوت-ها، کامپیوترهای نوت بوک، وسایل نقلیه میکروهوایی و سایر دستگاه­های مقیاس کوچک است. محفظه احتراق میکرو یکپارچه ­شده با سیستم فوتوولتاییک ( TPV )برق این ریزدستگاه­ها را تامین می­کند. توسعه­ی محفظه­ی ریزاحتراق به عنوان یک منبع قدرت با توجه به مزایای ذاتی خود شامل چگالی انرژی بالاتر، انتقال حرارت و جرم ضرایب بیشتر و زمان شارژ کوتاه­تر در مقایسه با باتری­های الکتروشیمیایی مورد توجه پژوهش­گران است. در این پژوهش یک مفهوم جدید ریزاحتراق با معرفی اصطلاحات جدید توصیف شده است. اثر نسبت مساحت به حجم ( AVR ) به منظور پیدا کردن بهترین عملکرد طراحی محفظه­ی ریزاحتراق مورد مطالعه قرار گرفت. امکان­سنجی فنی محفظه­ی ریزاحتراق طراحی شده قبل از آزمایش واقعی از طریق شبیه سازی انجام شد. سه پارامتر کلیدی در مطالعه حاضر وجود دارد: نسبت مساحت به حجم ( AVR )، جریان سرعت مخلوط ( U )، و نسبت هوا به سوخت را نسبت معادل ( Ř ). نتایج اصلی این آزمایش تصاویری از نمودارهای توزیع دما و ​​حرارت میانگین است. این مطالعه نشان داده است که گستره­ی خاصی از سرعت جریان مخلوط وجود دارد ( 0.50-0.56 متر / ثانیه ) که منجر به توزیع دمای بالای یکنواخت و همچنین میانگین بهترین دمای فرآیند احتراق می­شود. کار شبیه سازی همچنین می­تواند گستره­ی خاص از مقدارAVR( 1.40-2.01 ) که نیاز به تحقیقات بیشتر در آینده دارد را مشخص سازد.

References   

 

1.     Loughborough University, "An introduction to MEMS (Micro-Electromechanical systems, prime faraday partnership, loughborough", (2002).

2.     Peirs, J., Reynaerts, D. and Verplaetsen, F., "Development of an axial microturbine for a portable gas turbine generator", Journal of Micromechanics and Microengineering,  Vol. 13, No. 4, (2003).

3.     Kyritsis, D.C., Roychoudhury, S., McEnally, C.S., Pfefferle, L.D. and Gomez, A., "Mesoscale combustion: A first step towards liquid fueled batteries", Experimental Thermal and Fluid Science,  Vol. 28, No. 7, (2004), 763-770.

4.     Yang, W., Chou, S., Shu, C., Xue, H. and Li, Z., "Development of a prototype micro-thermophotovoltaic power generator", Journal of Physics D: Applied Physics,  Vol. 37, No. 7, (2004), 1017-1020.

5.     Bermel, P., Ghebrebrhan, M., Chan, W., Yeng, Y.X., Araghchini, M., Hamam, R., Marton, C.H., Jensen, K.F., Soljacic, M. and Joannopoulos, J.D., "Design and global optimization of high-efficiency thermophotovoltaic systems", Optics Express,  Vol. 18, No. 103, (2010), A314-A334.

6.     Sitzki, L., Borer, K., Schuster, E., Ronney, P.D. and Wussow, S., "Combustion in microscale heat-recirculating burners", in The Third Asia-Pacific Conference on Combustion, Seoul, Korea. Vol. 6, (2001), 11-14.

7.     Jacobson, S.A. and Epstein, A.H., "An informal survey of power mems", in The international symposium on micro-mechanical engineering. Vol. 12, (2003), 513-519.

8.     Wenming, Y., Siawkiang, C., Chang, S., Hong, X. and Zhiwang, L., "Effect of wall thickness of micro-combustor on the performance of micro-thermophotovoltaic power generators", Sensors and Actuators A: Physical,  Vol. 119, No. 2, (2005), 441-445.

9.     Deng, W., Klemic, J.F., Li, X.,, Reed, M.A. and Gomez, A., "Liquid fuel micro-combustor using micro fabricated  multiplexed electrospray sources", Proceedings of the Combustion Institute,  Vol. 31, No. 2, (2007), 2239-2246.

10.   Pan, J., Huang, J., Li, D., Yang, W., Tang, W. and Xue, H., "Effects of major parameters on micro-combustion for thermophotovoltaic energy conversion", Applied Thermal Engineering,  Vol. 27, No. 5, (2007), 1089-1095.

11.   Yang W.M. and Chou S.K., L.J., "Micro thermo-photovoltaic power generator with high power density", Applied Thermal Engineering,  Vol. 29, (2009), 3144-3148.

12.   Li Z.W., Chou S.K., Shu C., Xue H. and Yang W.M., "Characteristics of premixed flame in micro-combustors with different diameters", Applied Thermal Engineering, Vol. 25, (2004), 271-281.

13.   Yang, W., Chou, S., Shu, C., Xue, H., Li, Z., Li, D. and Pan, J., "Microscale combustion research for application to micro thermophotovoltaic systems", Energy Conversion and Management,  Vol. 44, No. 16, (2003), 2625-2634.

14.   Yang, W., Chou, S., Shu, C., Li, Z. and Xue, H., "Combustion in micro-cylindrical combustors with and without a backward facing step", Applied Thermal Engineering,  Vol. 22, No. 16, (2002), 1777-1787.

15.   Tripathi, A., Chandra, H. and Agrawal, M., "Effect of mixture constituents on the laminar burning velocity of lpg-co 2-air mixtures", ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences,  Vol. 5, No. 5, (2010).

16.   Ebrahimi, R. and Mercier, M., "Experimental study of performance of spark ignition engine with gasoline and natural gas", International Journal of Engineering,  Vol. 24, (2010), 65-74.

17.   Savadkouhi, L., Sohrabi, A. and Babaei, R., "Research and assessment of applying dimethyl ether “dme” extracted from natural gas “NG”, on diesel engine as a clean fuel (technical note)", International Journal of Engineering-Transactions B: Applications,  Vol. 20, No. 2, (2007), 193-201.

18.           Tabejamaat, S., "Numerical study of reduction of nox emission by high temperature air combustion technology", International Journal of Engineering-Transactions B: Applications, Vol. 16, No. 3, (2003), 301– 310                                         .  





International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir