Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 49-51.

Reliable monitoring of industrial flue gases is essential to maintain optimal combustion efficiency, and thus reduce environmental impact. Most modern gas analyzers are based on electrochemical or non-dispersive infrared techniques, which are well established, however, they also have their drawbacks. Therefore, it was the aim of the present study to develop a recently proposed idea for analyzing flue gases using thermoacoustic technology “EG Patent: Int. Application No. PCT/EG2020/000029, 23 Sept. 2020; AIP Advances, 2020”. Here, the exhaust gas is inserted into a compact resonator containing a porous medium on which a quasi- steady temperature gradient is developed by gradual cooling of one of its ends. At a certain ‘onset’ temperature gradient, self-sustaining sound waves are generated at specific frequencies that are exploited to identify the molar concentrations of the gas mixture components. The study focused first on improving the original theoretical model by addressing its basic linear approximations and verifying its accuracy by comparing its outputs with numerical calculations and some available measurements. Secondly, the improved algorithm was applied to a large number of gas mixtures and ternary diagrams were developed. The results showed an increase in the sensitivity of detecting the gas mixture components by more than 25% compared to the original model. Furthermore, present predictions of the numerical investigation show clear dependence of the ‘onset’ temperature-gradients on the applied cooling rate; the lower the cooling rate, the lower the onset temperature difference.

تعد المراقبة الفعالة لغازات المداخن الصناعية أمراً ضرورياً للحفاظ على كفاءة الاحتراق المثلى، وبالتالي المساعدة علي تقليل الأضرار البيئية، في العديد من التطبيقات الصناعية. وتعتمد معظم أجهزة الاستشعار في محللات الغازات الحديثة على التقنيات الكهروكيميائية أو تقنيات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR). وعلى الرغم من أن هذه التقنيات أصبحت راسخة في مجال تحليل الغازات، إلا أنَّ لها أيضاً عُيُوبَها التي تشتمل على التكلفة المرتفعة نسبياً والحاجة إلى المعايرة المتكررة. لذلك عَمَدت الدراسة المقدمة على تطوير فكرة جديدة تم طرحها ونشرها حديثا لتحليل غازات العوادم باستخدام تكنولوجيا الصوت الحراري. وفيها يتم إدخال غاز العادم المراد تحليله في أنبوب رنين مدمج يحتوي على وسط مسامي ينشأ عليه توزيع شبه مستقر لدرجات الحرارة من خلال التبريد التدريجي لأحد أطرافه. وعند تدرج مُعين لدرجات الحرارة، يُعرف بالتدرج الحرج، تتولد موجات صوتية منتظمة داخل أنبوب الرنين عند ترددات صوتية مُعينة يتم استغلالها في التعرف على مكونات خليط الغازات وتحديد التركيزات المولية المختلفة. وقد رَكزت الدراسة أولا على تطوير النموذج النظري الأصلي من خلال معالجة التقريبات الخطية الأساسية فيه والتحقق من دقته من خلال مقارنة مخرجاته بالحسابات العددية وبعض القياسات المتاحة. ثانيا، تم تطبيق الخوارزمية المُحَسَنة على عدد كبير من مخاليط الغاز الواقعية وتطوير مخططات تشغيل ثلاثية، وقد أظهرت النتائج اتساعا لحساسية الكشف عن مكونات خليط الغازات مقارنة بالنموذج الأصلي بنسبة تجاوزت 25%. علاوة على ذلك، تُظهر التنبؤات الحالية للدراسة العددية اعتمادًا واضحًا لتدرجات درجة الحرارة "الحرجة" على معدل التبريد المطبق؛ كلما انخفض معدل التبريد، انخفض تدرج درجة الحرارة "الحرج".

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.