فهرست مطالب

نشریه سوخت و احتراق
سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 42، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • فراز ناصری پور طوسی، سید مهدی میرساجدی* صفحات 1-15

    در این تحقیق به بررسی تاثیر تغییر در چینش حفره های صفحه مغشوش کننده جریان در یک شعله پیش مخلوط کم چرخش اشاره می شود. بدین منظور از یک چرخاننده چهار پره به شعاع 7 میلی متر و شعاع صفحه مغشوش کننده 4/5 میلی متر استفاده شده است. با حفظ نسبت انسداد 0/88  تعداد 9 حفره در نظر گرفته شده و پنج حالت مختلف فرض شده است. شبیه سازی میدان با استفاده از نرم افزار انسیس-فلوینت و با حل معادلات سه بعدی ناویر-استوکس و مدل آشفتگی k-ω صورت گرفته است. در این تحقیق از هوا به عنوان اکسید و متان به عنوان سوخت با نسبت هم ارزی 0/65 استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده آن است که با چینش متفاوت حفره ها رفتار کلی جریان تغییر خاصی نمی کند. در عین حال تغییرات بیشینه دما و میانگین چرخش به ترتیب کمتر از 1 و 3 درصد تغییر می کند. به همین ترتیب و در ناحیه جبهه شعله، زاویه α و زاویه β اختلاف در بیشترین و کمترین مقدار به ترتیب برابر 13، 7 و 19 درصد است. از منظر مکان جبهه شعله نیز با تغییر در فاصله چینش حفره های صفحه مغشوش کننده، شعله به میزان 8/8 میلی متر جابجا می شود.

    کلیدواژگان: چرخاننده کم چرخش، صفحه مغشوش کننده، نسبت انسداد، شبیه سازی عددی، احتراق پیش آمیخته
  • سبحان امامی کوپائی*، علیرضا شیرنشان، سید احسان میراحمدی، سید حمیدرضا میر احمدی صفحات 16-39
    میدان جریان احتراقی در مشعل های اجاق گاز خانگی نقش اساسی در ساختار و شکل شعله، توزیع گرادیان دما و در نتیجه بازده حرارتی و میزان انتشار آلاینده ها بازی می کند. به طور مسلم، دست یابی به یک مدل عددی معتبر فهم این جریان پیچیده و عوامل موثر بر آن را آسان تر می نماید. به منظور ارایه یک شبیه سازی عددی معتبر، در ابتدا بازده حرارتی مشعل مورد نظر در بازه فشاری 12 تا 24 میلی بار به صورت تجربی آزموده شد. سپس اعتبار نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی در مقایسه با نتایج تجربی سنجیده شد که اعتبار خوب مدل سازی عددی حاضر را نشان داد. همچنین جهت بررسی اثر هم زمان و متقابل عوامل مختلف نظیر: فشار منبع گاز، دمای اولیه مخلوط و فاصله ظرف آزمون تا مشعل (ارتفاع بار) بر بازده حرارتی، توان مشعل، نسبت شار حرارتی تشعشعی به شار کل و میزان انتشار CO از روش طراحی آزمایش سطح پاسخ در مسیله حاضر استفاده شد. 20 حالت پیشنهاد شده توسط این الگوریتم به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و کانتورهای به دست آمده بر اساس مدل های رگرسیونی برازش شده برای پارامترهای خروجی استخراج شدند. مطابق نتایج اگرچه افزایش فشار توان حرارتی مشعل را افزایش داده، اما باعث کاهش بازده حرارتی آن می شود. با کاهش فشار گاز طبیعی دمای شعله افزایش یافته و قله های دمایی به یکدیگر نزدیک می شوند. در حقیقت تمرکز شعله با کاهش فشار افزایش یافته و در نتیجه بازده حرارتی افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش فشار انتشار گاز CO کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بازده حرارتی، ارتفاع بار، انتشار آلاینده ها، طراحی آزمایش، روش سطح پاسخ
  • مهدی سرفرازی، جواد خادم*، سید ایمان پورموسوی کانی صفحات 40-60
    کاهش مصرف سوخت، آلاینده ها و نیز افزایش توان و بازدهی موتور از اهداف مهم در تحقیقات حوزه موتورهای احتراق داخلی است. امروزه موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی به عنوان یک فناوری جدید در حوزه احتراق دما پایین مورد توجه محققان قرار گرفته اند. یکی از مشکلات حوزه احتراق دما پایین، کنترل فرآیند احتراق است. در این مقاله به بررسی عددی پارامترهای عملکردی و انتشار آلاینده ی NOx یک موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی متان- دیزل در زمان های پاشش 10- ، 20-، 35- و 50- و سه نسبت هم ارزی 25/0، 35/0 و 45/0 پرداخته شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی کانورج صورت گرفته و برای شبیه سازی احتراق از الگوی احتراقی SAGE به همراه یک ساز و کار سینتیک شیمیایی شامل 76 گونه و 468 واکنش استفاده شده است. نتایج نشان می دهد با آوانس پاشش سوخت دیزل از 10- به 20-، فشار افزایش می یابد و با آوانس بیشتر در زمان های پاشش 35- و 50- کاهش فشار را به دنبال دارد که باعث احتراق ناقص در این زمان ها می شود. همچنین آوانس پاشش سوخت دیزل، مقدار پارامتر تاخیر در اشتعال و طول بازه ی احتراق را افزایش می دهد و در زمان پاشش20-، مقدار پارامتر CA50 به نقطه مرگ بالا نزدیک تر می شود که یک اتفاق مطلوب است. از طرفی با آوانس پاشش سوخت از زمان 10- به 20-، میزان آلاینده NOx افزایش می یابد. افزایش نسبت هم ارزی بطور کلی باعث افزایش بازده اندیکاتوری، افزایش پارامترهای تاخیر در اشتعال، طول بازه ی احتراق و CA50 می شود. همچنین افزایش این پارامتر از 35/0 به 45/0، کاهش نرخ آزادسازی حرارت را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، احتراق دما پایین، زمان پاشش سوخت، موتور AVL 5402
  • مرتضی سرباز کرج آباد، علی اکبر جمالی* صفحات 61-82

    کار حاضر به مطالعه ی تاثیر ترکیب گرین سوخت در محفظه احتراق رم جت روی زمان تاخیر در اشتعال و سرعت پسروی گرین سوخت جامد پلیمری پرداخته است. یک بررسی عددی از شرایط آغازین اشتعال و تثبیت احتراق در سامانه هواتنفسی رم جت بر پایه پیشرانه غنی از سوخت انجام شده است. طرح با میله، شامل دو آرایش سوخت جامد است که طرح رم جت کلاسیک را حفظ کرده است. به موجب احتراق محصول پیرولیز سوخت جامد؛ شبیه سازی ناپایا، متلاطم، واکنش پذیر و حل هم زمان مدل احتراقی و آشفتگی، معادلات حاکم زمینه ساز به منظور مطالعه تاثیر متغیرهای مستقل روی مشخصه های عملکردی و ویژگی های احتراقی در نظر گرفته شده است. با تمرکز بر واکنش های شیمیایی در محفظه احتراق سوخت پلیمری اتیلن سنگین و وقوع فرآیند اشتعال و احتراق؛ زمان تاخیر در اشتعال شامل اختلاط، تجزیه حرارتی و واکنش تخمین زده شد. نتایج شبیه سازی با داده های تجربی مقایسه و مدل انتخابی مطابقت خوبی داشت. زمان تاخیر در اشتعال برای هندسه با میله 0.28 ثانیه، برای هندسه کلاسیک 0.43 ثانیه بدست آمد. طرح با میله نرخ پسروی گرین سوخت جامد را افزایش داده است.

    کلیدواژگان: زمان تاخیر در اشتعال، رم جت سوخت جامد، پلی اتیلن سنگین، ترکیب گرین سوخت، محفظه احتراق
  • سید ناصر حسینی تمرآباد، علی اکبر جمالی* صفحات 83-106

    در این پژوهش مدل سازی و شبیه سازی عددی تاثیر نسبت انبساط ناگهانی (نسبت قطر پورت به قطر ورودی) محفظه احتراق رم جت سوخت جامد مبتنی بر پلی اتیلن با چگالی بالا در واکنش جریان آشفته بر روی نرخ پسروی صورت می گیرد. در مطالعه حاضر تاثیر انبساط ناگهانی محفظه احتراق رم جت سوخت جامد در سه نمونه مختلف با قطر پورت مختلف و قطر ورودی ثابت با نسبت های 1/75، 1/875و 2/125 بر روی پارامترهای دما و نرخ پسروی بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد افزایش نسبت قطر پورت به قطر ورودی موجب کاهش دما می شود. بیشترین دما در نمونه اصلی با نسبت قطر پورت به قطر ورودی برابر با 75/1 حاصل شد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش انبساط ناگهانی موجب کاهش نرخ پسروی سوخت می شود که این امر موجب کاهش عملکرد رمجت می شود.

    کلیدواژگان: انبساط ناگهانی، نرخ پسروی، رمجت سوخت جامد، شبیه سازی و مدل سازی، پلی اتیلن با چگالی بالا
  • قاسم حیدری نژاد*، محمدرضا افتخاری، محمد صفرزاده، محمد ضابطیان طرقی صفحات 107-124
    مطالعه اثر تشعشع در پدیده آتش استخری مخازن سوخت، با توجه به خسارت جانی و مالی وارده به نفرات و تاسیسات یک مجتمع پالایشگاهی، بسیار حایز اهمیت است. ازاین رو در مطالعه حاضر، میزان تشعشع حاصل از آتش استخری سه سوخت متداول بنزین، کروزن و نفت خام در سه مخزن بزرگ ذخیره سازی سوخت در قطرهای 25، 50 و 75 متر و ارتفاع ثابت 15 متر به صورت عددی مطالعه شد. در این مطالعه از نرم افزار FDS استفاده شد که بر پایه رویکرد تفاضل محدود بوده که به روش صریح حل می شود. همچنین به عنوان نوآوری میزان تشعشع در ارتفاع 1/5، 3 و 5 متر جهت بررسی میزان خطرات وارده بر انسان و آتش نشانان حاضر در ماشین آلات اطفای حریق و در ارتفاع 10 متر جهت بررسی اثر تشعشع بر سایر مخازن مجاور، در فواصل افقی گوناگون مطالعه شد. نتایج اخذشده نشان می دهد زمانی که سوخت بنزین باشد، بیشترین خطر تشعشع در فاصله مابین جداره مخزن تا 1/7 قطر مخزن بوده و همچنین حداقل فاصله مجاز جهت قرارگیری در محدوده ایمن در فاصله 2/6قطر مخزن است که با افزایش ارتفاع از سطح زمین میزان تشعشع نیز افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که تشعشع دریافتی در فاصله یکسان از مخازن با قطر مشابه، با توجه به نوع سوخت متفاوت بوده که با نرخ آزادسازی حرارت ارتباط مستقیم دارد.
    کلیدواژگان: مخاطرات تشعشع، آتش استخری، دینامیک سیالات محاسباتی، مخازن ذخیره سوخت، نرم افزار FDS
  • امیرحسین فشامیها، احسان رسولی اسکوئی، محمدمهدی صالحی* صفحات 125-141

    شبیه سازی عددی شعله های آشفته با روش ریزشعله آرام در شرایط شدت آشفتگی بالا به سادگی میسر نیست. نتایج تجربی و شبیه سازی عددی مستقیم نشان می دهد که وارد کردن اثرات کرنش در تولید جداول ریزشعله ها می تواند دقت مدل سازی را به صورت قابل توجهی افزایش دهد. به طوری که در این پژوهش با اعمال اثرات کرنش طول شعله نسبت به حالت بدون کرنش افزایش 30 میلی متری دارد. در این پژوهش روش ریزشعله آرام کرنش یافته در شبیه سازی شعله های آشفته پیش مخلوط پیاده سازی و مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای تولید جداول ریزشعله ها از شعله جریان متقابل پیش مخلوط استفاده شده است. این جداول با استفاده از دو متغیر پیشرفت واکنش و روش تابع توزیع احتمال پیش فرض در حل گر دینامیک سیالات محاسباتی مورد استفاده قرار می گیرد. مدل بدست آمده در این پژوهش برای شبیه سازی رینولدز-متوسط شعله آشفته یک مشعل بنزن پیلوت دار مورد استفاده قرار گرفته است. این مشعل از رویکرد نوینی جهت افزایش شدت آشفتگی ورودی بهره می برد. نتایج نشان می دهد که استفاده از روش ریزشعله آرام کرنش یافته در مقایسه با ریزشعله کرنش نیافته سرعت انتشار شعله و در نتیجه طول شعله را به مقدار قابل توجهی بهتر پیش بینی می کند.

    کلیدواژگان: احتراق، آشفتگی، شعله پیش مخلوط، مدل ریزشعله آرام، نرخ کرنش
|
  • Faraz Naseri Pour Toosi, Seyyed Mehdi Mirsajedi * Pages 1-15

    In this article, an investigation is conducted into the impacts arising from variations in the configuration of apertures within a perforated plate employed in the context of low-swirl premixed combustion. To this end, a four-blade burner characterized by a radius of 7 mm is employed, along with a perforated plate possessing a radius of 4.5 mm. The blockage ratio, held at a constant value of 0.88, encompasses a set of 9 orifices, each explored across 5 distinct configurations. Computational analysis is executed utilizing the Ansys Fluent software, encompassing the resolution of the three-dimensional Navier-Stokes equations coupled with the k-ω standard turbulence model. Within this study, the role of oxidizer and fuel is played by air and methane respectively, under an equivalence ratio of 0.65. The outcomes of this investigation reveal a notable constancy in the general flow behavior despite the altered orifice arrangements. At the same time, the maximum total temperature and the average flow rotation change by 1% and 3%, respectively. In addition, in the flame formation area, the location and angles of the flame are changed by 17%, 7% and 19%, Furthermore, a downward shift of the flame by 8.8 mm is discerned consequent to modifications in the spacing between apertures within the perforated plate. Additionally, from an emissions mitigation perspective in combustion processes, it is noteworthy that there exists a discernible disparity of approximately 12% between the maximal and minimal levels of nitrogen oxide emissions generated.

    Keywords: low-swirl burner, blockage plate, blockage ratio, numerical simulation, premixed combustion
  • Sobhan Emami *, Alireza Shirneshan, Seyed Ehsan Mirahmadi, Seyed Hamidreza Mirahmadi Pages 16-39
    The combustion flow field in domestic gas stove burners plays a fundamental role in the structure and shape of the flame, the distribution of the temperature gradient, and, consequently, the thermal efficiency and emission of pollutants. Obtaining a valid numerical model makes it easier to understand this complex flow and its influencing factors. To provide a valid numerical simulation, the thermal efficiency of the burner was experimentally tested in the pressure range of 12 to 24 mbar. The validity of the numerical results was then examined by comparing them with the experimental results. Additionally, the response surface methodology was utilized to investigate the simultaneous and mutual effects of various factors such as gas source pressure, initial temperature of the mixture, and load height on thermal efficiency, burner thermal power, the ratio of radiant heat flux to total flux, and the amount of CO emission. The algorithm proposed 20 cases that were numerically investigated, and the obtained contours were extracted based on the fitted regression models for the output parameters. The results show that although increasing the pressure increases the thermal power of the burner, it decreases its thermal efficiency. As the pressure of natural gas decreases, the flame temperature increases and the temperature peaks approach each other. In fact, the concentration of the flame increases with the decrease in pressure, and as a result, the thermal efficiency increases. Additionally, the results show that CO gas emission decreases with increasing pressure.
    .
    Keywords: Thermal efficiency, Load height, Pollutant Emissions, Design of experiments, Response Surface Methodology
  • Mahdi Sarfarazi, Javad Khadem *, Seyyed Iman Pourmousavi Kani Pages 40-60
    Reducing fuel consumption, pollutants, and increasing engine power and efficiency are important in the field of internal combustion engine research. Nowadays, reactive control compression ignition engines have attracted the attention of researchers as a new technology in the field of low temperature combustion. One of the problems in the field of low temperature combustion is the control of the combustion process. In this research, the numerical analysis of performance parameters and pollutant emissions of a methane-diesel reactive control compression ignition engine at injection times of -10, -20, -35 and -50 in three equivalence ratios of 0.25, 0.35 and 0.45 has been paid. CONVERGE CFD software was used for simulation. The results show that with advanced injection of diesel fuel, the pressure increases from -10 to -20, and with more advance at injection times of -35 and -50, the pressure decreases, which causes incomplete combustion. Also, advance injection of diesel fuel increases the parameter value of ignition delay and the length of the ignition interval, and at the time of 20 injection, the CA50 parameter value is closer to the top dead point, which is desirable. On the other hand, with the fuel injection advance from -10 to -20, the amount of NOx pollutant increases. Increasing the equivalence ratio, increases the indicator efficiency, ignition delay parameters, the length of the ignition interval, and CA50. Also, increasing this parameter from 0.35 to 0.45 reduces the heat release rate.
    Keywords: Reactive Control Compression Ignition, Low Temperature Ignition, Start of Injection, AVL 5402 Engine
  • Morteza Sarbaz Karajabad, AliAkbar Jamali * Pages 61-82

    This study investigated the effect of grain fuel composition in the ramjet combustion chamber on the ignition delay time and solid fuel regression rate. In this article, a numerical investigation of ignition and stabilization of combustion of a new design of an engine equipped with solid fuel is done. The rod design consists of two solid fuels, maintaining the simple design of the classic ramjet. Numerical simulations of unsteady, turbulent, reactive and disintegration due to solid fuel by simultaneously solving combustion and turbulence models, applying numerical methods in the analysis of the governing equations that are the basis for obtaining some results including the effect of variables, functional characteristics and characteristics Combustion and finally access to the ignition delay time of fuel-rich propellant in solid fuel ramjet systems. In examining the chemical reactions of the combustion chamber, heavy polyethylene is taken into consideration and finally the ignition and combustion process continues. In line with the diagnosis for the correct prediction of the ignition delay time in the two mentioned geometries, the simulation results were in good agreement with the experimental data of the comparison and the selected model. The ignition delay time for the rod geometry was 0.28 seconds, for the classic geometry it was 0.43 seconds. And the design with the rod has increased the fuel regression rate.
    .

    Keywords: Ignition Delay Time, Solid fuel ramjet, High Density Polyethylene, fuel grain compound, combustion chamber'
  • Seyed Naser Hosseini Tamrabad, AliAkbar Jamali * Pages 83-106

    In this research, modeling and numerical simulation of the effect of sudden expansion ratio (ratio of port diameter to inlet diameter) of high-density polyethylene-based solid fuel ramjet combustion chamber in the reactive turbulent flow on the regression rate are presented. The effect of sudden expansion of solid fuel ramjet combustion chamber in three different samples with different port diameters and fixed inlet diameter with ratios of 1.75, 1.875 and 2.125 is investigated on the parameters of temperature and regression rate. The simulation results show that increasing the ratio of port diameter to inlet diameter decreases the temperature. The highest temperature was obtained in the original sample with the ratio of port diameter to inlet diameter equal to 1.75.  Also, the results show that the sudden increase in expansion causes a decrease in the fuel regression rate, which causes a decrease in ramjet performance.

    Keywords: Sudden expansion, regression rate, Solid fuel ramjet, Simulation, Modeling, High Density Polyethylene
  • Ghassem Heidarinejad *, Mohammadreza Eftekhari, Mohammad Safarzadeh, Mohammad Zabetian Targhi Pages 107-124
    The study of the radiation effects of the pool fire is significant considering the life and financial damages to individuals and facilities of a refinery complex. Therefore, in the present study, the radiation resulting from a pool fire of three common fuels, gasoline, kerosene, and crude oil, in three large fuel storage tanks with diameters of 25, 50, and 75 meters and a fixed height of 15 meters was studied numerically. In this study, FDS software was used, which is based on the finite difference approach with an explicit time discretization. As an innovation, the amount of radiation at a height of 1.5, 3, and 5 meters were studied in order to investigate the level of dangers to humans and firefighters of fire extinguishing machines, and at a height of 10 meters to investigate the effect of radiation on other nearby tanks, at different horizontal distances. The results indicate that when the fuel is gasoline, the highest radiation risk is between the tank wall and 1.7 times the tank diameter, and the minimum allowable distance for the safe zone is 2.6 times the tank diameter, which increases with increasing height above ground level. It was also observed that the radiation received at the same distance from tanks with similar diameters differed depending on the fuel, which has a direct relationship with the heat release rate.
    .
    Keywords: Radiation hazards, Pool fire, Computational Fluid Dynamics, Fuel storage tanks, FDS software
  • Amirhossein Fashamiha, Ehsan Rasouli Oskuei, MohammadMahdi Salehi * Pages 125-141

    Numerical simulation of turbulent flames with laminar flamelet models is not easily possible under high turbulence intensity conditions. Experimental results and direct numerical simulations show that introducing strain effects in the production of flamelet tables can significantly increase the accuracy of modeling. In this work, implementing the strain effects in the model results in 30 mm increase in the flame height relative to the unstrained model. In this work, a strained flamlet model has been implemented and evaluated in the simulation of turbulent premixed flames. The premixed counterflow flame has been used to produce the flamelet tables. These tables are used in the computational fluid dynamics solver using two reaction progress variables and the presumed probability density function method. The model obtained in this research has been used in Reynolds-Averaged simulation of a turbulent piloted premixed flame in a bunsen burner. This burner utilized a novel approach to highly increase the input turbulence intensity. The results show that the strained flamelet model predicts the flame propagation speed and consequently the flame length, significantly better compared to the unstrained flamelet model.
    .

    Keywords: Combustion, Turbulence, Premixed flame, Laminar flamlet model, Strain Rate