إذا أخطأ حقلُ درجات الحرارة في تحليل احتراق بنسبة 5% كان ذلك مقبولًا عادةً. أما الخطأ نفسه فيُحدث في التنبؤ بأكاسيد النيتروجين انحرافات بمضاعفات.
السبب: التبعية الأسّية
يتوقف تكوّن أكاسيد النيتروجين الحرارية على درجة الحرارة توقفًا أسّيًا؛ وعند درجات حرارة اللهب المعتادة تغيّر بضع مئات من الدرجات معدلَ التكوّن بمضاعفات. ولذلك يتوقف التنبؤ على دقة ذروة درجة الحرارة لا على متوسطها.
وفي اللهب الاضطرابي تتذبذب درجة الحرارة. وأكاسيدُ النيتروجين المحسوبة من متوسط درجة الحرارة تخرج أدنى بوضوح من القيمة الحقيقية، لأن متوسط الدالة الأسّية أكبر من الدالة عند المتوسط. ولذلك تراعي الحسابات الجادة تذبذبَ درجة الحرارة إحصائيًا.
نهج المعالجة اللاحقة
تركيزات أكاسيد النيتروجين منخفضة جدًا ولا تؤثر في الجريان الرئيسي ولا في حقل درجات الحرارة ولا في الكثافة. ومن هنا تيسير عملي: يمكن حسابها في خطوة مستقلة على حل الاحتراق المتقارب. ويمكن تجريب آليات ومعاملات مختلفة دون إعادة الحل الرئيسي.
ثلاثة مسارات للتكوّن، تُعالَج منفصلة
- أكاسيد النيتروجين الحرارية. من نيتروجين الهواء عند الحرارة العالية. وهي المسار الأشدّ حساسية لذروة درجة الحرارة.
- أكاسيد النيتروجين السريعة. عند جبهة اللهب عبر الجذور الهيدروكربونية. وأهميتها النسبية ترتفع في الخلائط الغنية وعند الحرارة المنخفضة.
- أكاسيد النيتروجين من الوقود. من النيتروجين المرتبط في الوقود. وهي المهيمنة في الفحم والوقود الثقيل، وغائبة في الغاز الطبيعي.
ودراسةُ خفضٍ تُجرى دون معرفة المسار المهيمن تتدخل في الموضع الخطأ: فتغيير الوقود لا يجدي إذا كانت الأكاسيد الحرارية هي المهيمنة — بل يجب خفض درجة الحرارة القصوى.
كيف تُستعمل النتيجة
الدقة المطلقة لتنبؤات أكاسيد النيتروجين محدودة. والموثوق هو الاستعمال المقارن: أيُّ ترتيبَي مواقد، محسوبين بالطريقة نفسها، يُنتج أقل. انظر ملاحظة الأرقام المعنوية.
المراجع
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.