Journal of Energy Conversion

fa مطالعه عددی تأثیر هندسه سرمشعل بر جریان ‌دمای احتراق کوره آند ریخته گری ذوب مس Numerical study on the effect of torch geometry on the combustion process inside an Copper melting anode casting furnace تخصصي Special پژوهشي Research <div style="border-bottom: 1pt solid windowtext; padding: 0in 0in 1pt; text-align: justify;"><a name="_Hlk217910615">درپژوهش حاضر به بررسی عددی تأثیر هندسه مشعل بر جریان احتراق کوره آند مجتمع مس سرچشمه با استفاده ازروش حجم محدود، توسط نرم‌افزار فلوئنت با مش سه بعدی بی‌سازمان، پرداخته شده است. جهت بررسی علت سوختگی سر مشعل هندسه از مدل توربولانسی </a><m:r></m:r><m:omath><m:r>k</m:r><m:r>-</m:r><m:r>ε</m:r></m:omath>  برای مدل کردن جریان مغشوش و از مدل اتلاف ادی مفهومی برای شبیه‌سازی احتراق در نرم‌افزار فلوئنت بهره گرفته شده است. عیب سوختگی سر مشعل موجب توقف کوره آند شده و با توقف کوره‌های آند کارخانه‌های بالادستی مثل پالایشگاه نیز از چرخه تولید خارج و به‌طور کامل تولید مس متوقف می‌گردد. از آن‌جایی‌که طراحی یک مشعل جدید جهت جلوگیری از سوختگی با روش تجربی زمان‌بر بوده و ازلحاظ اقتصادی مقرون به‌صرفه نمی‌باشد، در این تحقیق با روش عددی تغییراتی در هندسه سر مشعل داده شد تا عملکرد بهینه مشعل به‌دست آید. بررسی نتایج حاصل از حل عددی نشان داد که علت سوختگی، تشکیل زودهنگام شعله در نزدیکی ناحیه سرمشعل است. مقایسه ماکزیمم دمای این ناحیه در دو طرح پیشنهادی نسبت به طرح موجود نشان می دهد که در طرح شماره 1، دما دراین ناحیه 31 درصد نسبت به طرح موجود کاهش یافته است. هم‌چنین درطرح شماره 2 این کاهش نزدیک به 47 درصد نسبت به طرح مشعل موجود می‌باشد. الگوی توزیع جریان دما داخل کوره در طرح شماره 2 نسبت به طرح شماره 1 و طرح موجود یکنواخت‌تر شده و ماکزیمم دمای شعله نیز حدود 90 درجه کلوین کاهش پیدا کرده است. با توجه به نتایج به‌دست آمده طرح شماره 2 به‌عنوان طرح نهایی انتخاب شد و درکارگاه کارخانه مشعل با هندسه جدید ساخته و اجرا گردید. پایش های منظم انجام شده از عملکرد مشعل نشان داد که مشکل سوختگی سر مشعل به کلی برطرف‌‌‌‌‌‌گردیده است. </div> <div style="border-color: windowtext currentcolor; border-style: solid none; border-width: 1pt medium; padding: 1pt 0in; text-align: justify;">In the present study, a numerical investigation was conducted to examine the effect of burner-head geometry on the combustion flow in the anode furnace of the Sarcheshmeh Copper Complex. The simulations were performed using the finite volume method in ANSYS Fluent with an unstructured three-dimensional mesh. To identify the cause of burner-tip burnout, the k–ε turbulence model was employed to capture the turbulent flow field, while the Eddy Dissipation Concept (EDC) combustion model was used to simulate the combustion process. Burner-tip burnout leads to shutdown of the anode furnace; consequently, upstream units such as the refinery must also cease operation, resulting in complete interruption of copper production. Since experimentally designing a new burner to prevent burnout is time-consuming and economically impractical, the burner-head geometry was modified numerically in this research to achieve optimal performance. The numerical results indicate that the burnout is primarily caused by premature flame formation in the vicinity of the burner head. A comparison of the maximum temperature in this region for the two proposed designs with the current design shows that, in Design 1, the temperature decreases by 31%, while in Design 2, the reduction reaches approximately 47% relative to the existing burner. Moreover, the temperature distribution inside the furnace becomes more uniform in Design 2 compared with both Design 1 and the current configuration, and the maximum flame temperature drops by about 90 K. Based on these results, Design 2 was selected as the final design, and the burner with the modified geometry was manufactured and installed in the plant. Routine performance monitoring confirmed that the burner-tip burnout issue has been completely resolved.</div> <div style="text-align: justify;"></div> سوختگی مشعل, دمای احتراق کوره, تغییرهندسه مشعل burner tip burnout, furnace combustion temperature, burner geometry modification 1 13 http://jeed.dezful.iau.ir/browse.php?a_code=A-10-420-1&slc_lang=fa&sid=1 Ali Afshar علی افشار 10031947532846005418 10031947532846005418 Yes Department of Mechanical Engineering, Sciences and Researches Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Mohammad Hassan Nobakhti محمد حسن نوبختی m.nobakhti@srbiau.ac.ir 10031947532846005419 10031947532846005419 No Department of Mechanical Engineering, Sciences and Researches Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran دانشکده مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران