A premixed methane–air bunsen-type flame is seeded with micron-sized (d32 = 5.6 μm) atomized aluminum powder over a wide range of solid fuel concentrations. It is found that an increase in aluminum dust concentration changes the aluminum combustion regime from slow, low-temperature oxidation to full-fledged aluminum flame front propagation. The critical concentration for this transition occurs in a range of 100–180 g/m3. The transition is manifested by a sharp increase in temperature up to 2600 K, following closely with thermodynamic predictions at these higher concentrations, and the appearance of AlO sub-oxide bands. In concentrations that precede the formation of the aluminum flame front, the burning velocity decreases linearly, similar to inert SiC loadings. After aluminum flame front formation, the flame speed in aluminum-methane mixtures remains constant even after increasing concentrations in contrast to the rapid decrease in flame speed, followed by quenching that is observed in flames seeded with inert SiC particles. It is likely that thermal coupling is required between the aluminum and methane flame fronts for stabilized flame propagation and, moreover, given the effect of concentration on the front formation and temperatures in the flame, there is evidence of aluminum combustion in the kinetically-limited regime. / Une flamme du type de bec de Bunsen, composée de méthane et d'air pré-mélangés, est ensemencée en particules d'aluminium pulvérisé de l'ordre du micromètre (d32 = 5.6 μm) pour une large gamme de concentrations. Il a été constaté que l'augmentation de la concentration en aluminium modifie le régime de combustion qui passe d'une oxydation lente et à basse température à une propagation à part entière de la flamme frontale. La concentration critique pour cette transition se produit dans un éventail de 100–180 g/m3. La transition se manifeste par une forte hausse de température jusqu'à environ 2600 K, suivant étroitement les prédictions thermodynamiques pour ces hautes concentrations et l'apparition de bandes sous-oxydes de AlO. Pour les concentrations qui précèdent la formation du front de la flamme d'aluminium, la vitesse de la flamme décroît de façon linéaire - un comportement similaire aux tests avec une charge de SiC. Suite à la formation du front de la flamme, la vitesse de la flamme des mélanges d'aluminium et de méthane demeure constante pour des concentrations croissantes, contrairement à la diminution rapide de la vitesse de flamme, suivie d'extinction, observée pour les flammes à particules de SiC. Il est probable que le couplage thermique entre les front d'aluminium et de méthane est indispensable pour la stabilisation du système de propagation de la flamme. De plus, compte tenu de l'effet de la concentration sur la formation du front et de la température des flammes, il est probable que l'aluminium brûle dans un régime cinétiquement limité. Ceci contraste avec l'hypothèse du régime limité par diffusion, présumé par les études de systèmes à particule unique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114553 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Soo, Michael |
| Contributors | David Frost (Internal/Cosupervisor2), Jeffrey Bergthorson (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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