فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال هشتم شماره 2 (پیاپی 16، پاییز و زمستان 1394)

نشریه سوخت و احتراق
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 16، پاییز و زمستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/12/25
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی اکبر شکریان *، صادق تابع جماعت صفحه 1
    در این مطالعه، احتراق جت متقاطع سوخت در جریان مافوق صوت هوا به صورت عددی بررسی شده است. گاز تزریق شامل مخلوط پیش احتراق هوا و هیدروژن با نسبت هم ارزی 4/5 بوده است. میدان در دو حالت بدون شوک برخوردی و همراه با شوک مایل برخوردی تحلیل شده است. تحلیل به کمک نرم افزار اپن فوم و در میدان سه بعدی انجام شده است. از مدل اغتشاشی دومعادله ای SST-kw و مدل احتراقی PaSR استفاده شده است. هدف از مطالعه صورت گرفته بررسی اثر شوک مایل برخوردی بر پایداری شعله بوده است. در حالت عدم وجود شوک برخوردی، واکنش های احتراقی در میدان بسیار کند صورت می گیرد. در حالت وجود شوک مایل، واکنش های احتراق با سرعت بالاتری انجام می شود که این موضوع نشان دهنده پایداری شعله است. بررسی دقیق میدان نشان می دهد واکنش از امتداد لبه شکاف تزریق شروع شده و به سمت داخل میدان گسترش می یابد. نتایج حاصل با نتایج آزمایش های تجربی سازگاری دارد.
    کلیدواژگان: جریان مافوق صوت، احتراق، تزریق متقاطع، شوک برخوردی
  • فرزاد بازدیدی طهرانی*، حسین یزدانی احمد آبادی، محمد صادق عابدی نژاد صفحه 13
    هدف از مقاله حاضر بررسی اثر تغییر درصد دبی هوای توزیع شده از طریق چرخاننده، فواره های اولیه و فواره های رقیق سازی بر مشخصات جریان واکنشی و آلاینده های NO و CO در یک محفظه احتراق مدل توربین گاز است. برای حل معادلات حاکم از شبکه بندی منظم حجم محدود استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان به صورت ضمنی خطی سازی شده و به صورت مرتبه دو گسسته سازی شده اند. جملات نفوذی در معادلات انتقال با استفاده از روش گسسته سازی مرکزی و عبارات جابه جایی به صورت مرتبه دو بالادست گسسته شده اند. در شبیه سازی عددی جریان دوفاز واکنشی این محفظه احتراق، از مدل آشفتگی Realizable، مدل احتراقی فلیملت پایا و مدل تشعشعی جهت های مجزا استفاده شده است. پاشش قطرات سوخت مایع و محیط دوفازی قطره و هوا توسط روش اویلر-لاگرانژی مدل سازی شده است. پژوهش حاضر برای چهار حالت مختلف تزریق هوا انجام شده است که در حالت اول شرایط مرزی منطبق بر شرایط آزمایشگاهی بوده و پس از اعتبارسنجی نتایج حل عددی با داده های تجربی، حالت های بعدی بررسی شده اند. حاصل تحقیق حاضر، مقایسه توزیع سرعت، دما، درصد کسر جرمی دی اکسید کربن، منوکسید کربن و اکسید نیتروژن در مقطع خروجی، به همراه نحوه شکل گیری ساختار جریان در مقطع طولی محفظه احتراق، در چهار حالت تزریق هواست. نتایج نشان می دهند که توزیع هوای شرایط آزمایشگاهی به صورت بهینه نیست. در حالتی که دبی هوای بیشتری از فواره های اولیه به محفظه احتراق وارد شود، آلاینده NO کمتری تولید می شود و توزیع دمای مقطع خروجی، از یکنواختی بیشتری برخوردار است. همچنین، در این حالت، فرآیند احتراق نسبت به شرایط آزمایشگاهی، کامل تر بوده و CO2 بیشتری تولید می شود.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق توربین گاز، جریان دوفاز، سوخت مایع، جریان واکنشی آشفته
  • علیرضا علی پور، کیومرث مظاهری * صفحه 33
    در تحقیق حاضر، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی مشخصه های پدیده خاموشی-اشتعال مکرر برای مخلوط رقیق هیدروژن-هوا (با نسبت هم ارزی 0/5) در یک میکروکانال، تحت گرادیان دمایی معین، به صورت عددی بررسی شده است. در شبیه سازی عددی از فرمول بندی عدد ماخ پایین، سینتیک تفصیلی و ضرایب نفوذ مولکولی مختلف برای گونه ها استفاده شده است. با استفاده از پارامترهای دامنه و فرکانس استخراج شده از میدان جریان، مشخصه های این پدیده مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان ورودی، دامنه پدیده خاموشی-اشتعال مکرر افزایش می یابد، در حالی که فرکانس آن رفتاری کاهشی-افزایشی دارد. به منظور مطالعه دقیق تر این پدیده، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی پدیده خاموشی-اشتعال مکرر از دیدگاه واکنش های شیمیایی با استفاده از متغیر نرخ واکنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در سرعت های بالای جریان ورودی، واکنش های تولید گونه های سبک تر نظیر OH و OH غلبه دارند، در حالی که در سرعت های پایین جریان ورودی، واکنش ها به تولید گونه های سنگین نظیر H2OHO2 و H2O2 تمایل بیشتری دارند. همچنین، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی سرعت جبهه شعله انتشاری بررسی شده است. در سرعت های پایین جریان ورودی، شعله در مدت زمان بیشتری از یک چرخه مشاهده می شود، در حالی که در سرعت های جریان ورودی بالاتر، شعله سریع تر وارد ناحیه خاموشی می شود.
    کلیدواژگان: احتراق در مقیاس میکرو، رژیم خاموشی، اشتعال مکرر، دامنه، فرکانس، نرخ واکنش
  • میراعلم مهدی*، محمد سالاری صفحه 55
    در این مقاله، جریان سیال داخل نازل انژکتور موتور دیزل با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و به کمک نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی شده است. جریان دوفاز به صورت مخلوط همگن درنظر گرفته شده و مدل آشفتگی و k–e مدل کاویتاسیون اسکنر-سویر برای شبیه سازی عددی انتخاب شده است.ابتدا نازلی که نتایج آزمایشگاهی برای آن موجود بوده شبیه سازی شده و با اعتبارسنجی نتایج، مدل آشفتگی مناسب انتخاب شده است. سپس یک نازل انژکتور واقعی چهارسوراخه برای شبیه سازی انتخاب شده است. برای کاهش هزینه محاسبات، تنها یک چهارم نازل مدل سازی شده و به ازای اختلاف فشارهای مختلف، مقدار دبی جریان و ضریب تخلیه به دست آمده است. تحلیل های انجام شده برای سه نشیمنگاه مختلف با ارتفاع متفاوت سوزن انژکتور انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ارتفاع سوزن انژکتور و شکل نشیمنگاه علاوه بر ضریب تخلیه بر محل تشکیل حفره کاویتاسیون نیز تاثیرگذار است.
    کلیدواژگان: انژکتور، کاویتاسیون، شکل نشیمنگاه، ارتفاع سوزن، ضریب تخلیه
  • فاطمه چیتگرها *، محسن دوازده امامی، محمد فرشچی صفحه 71
    کاهش آلاینده های محیط زیست ناشی از احتراق در سیستم های نیرو محرکه یکی از چالش های اساسی محققان است. برای اطلاع از منابع این آلاینده ها، پیش بینی دقیق محصولات و دمای میدان احتراق امری ضروری است. به همین دلیل، در سال های اخیر، شبیه سازی جریان های احتراقی مغشوش مورد توجه واقع شده است. برای شبیه سازی این جریانها به یک مدل احتراقی مناسب، نیاز است. مدل فلیملت، به دلیل ویژگی های متعدد ازجمله جداکردن واکنش های شیمیایی از میدان مغشوش، یکی از پرکاربردترین مدل های ارائه شده در مقالات است. همچنین، فرض حالت ناپایا در مدل سازی پدیده های شیمیایی کندی مانند تشکیل آلاینده ها نتایج بهتری نسبت به فرض حالت پایا پیش بینی می کند. هدف از این مقاله مشاهده کاربرد مدل فلیملت پایا و ناپایا در شبیه سازی شعله های نفوذی مغشوش بلاف بادی است. پیشبینی دما و کسرمخلوط متوسط محاسبه شده با استفاده از مدل فلیملت پایا، هم خوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد. شبیه سازی های حالت پایا با استفاده از دو مکانیزم شیمیایی GRI3.0 و GRI2.11، کسر جرمی گونه NO را خیلی بیشتر از مقدار واقعی پیش بینی می کند. در عین حال، کسر جرمی گونه NO در مدل فلیملت ناپایا با استفاده از مکانیزم GRI2.11، با داده های تجربی همخوانی خوبی دارد. در نتیجه اثرات گذرایی در فرایند های کندی مانند تشکیل NO باید درنظر گرفته شود.
    کلیدواژگان: مدل فلیملت آرام، شعله نفوذی، مدل فلیملت ناپایا
  • علیرضا حاجی علی محمدی*، داود فلاحی، سید مصطفی میرسلیم صفحه 85
    مصرف و آلایندگی کم موتورهای دیزل، امروزه، آن ها را برای کاربرد خودروهای سواری مناسب کرده است و مفاهیم مختلفی برای بهبود شکل گیری مخلوط، که نقش مهمی در بهبود بازده احتراق و کاهش مصرف سوخت دارد، ارائه شده است. یکی از این مفاهیم استفاده از ریزسوراخ های گروهی است. در صورت استفاده از ریزسوراخ ها برای انژکتور موتور دیزل، مشخصه های قطره سازی سوخت بسیار بهبود خواهد یافت که از این حیث تاثیر بسزایی در بالابردن کیفیت مخلوط سوخت و هوای تشکیل شده خواهد داشت و به تبع آن، آلایندگی ایجادشده نیز به مقدار زیادی کاهش خواهد یافت. در این تحقیق نیز، تاثیر استفاده از این نوع سوراخ ها برای نازل انژکتور موتور دیزل به روش عددی و با استفاده از نرم افزار AVL fire مطالعه شده است. برای شبیه سازی، ابتدا الگوهای مربوط به شبیه سازی برخورد، ایجاد و گسترش ریزقطره ها و شرایط مرزی موجود در نرم افزار با استفاده از داده های تجربی کارهای مشابه صحه گذاری شده و سپس تاثیر افزایش زاویه بین ریزسوراخ ها در مشخصه های افشانه نظیر عمق نفوذ، قطر متوسط قطرات و مقدار جرم تبخیرشده در دو نوع چیدمان سوراخ های یک صفحه ای (α) و دوصفحه ای (β) بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان داد در افشانه با ریزسوراخ گروهی، با افزایش زاویه بین دو سوراخ، مقدار عمق نفوذ و جرم تبخیرشده افشانه افزایش و قطر ریزقطرات کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: دیزل، انژکتور، ریزسوراخ گروهی، شبیه سازی عددی
  • جاماسب پیرکندی*، مهران نصرت الهی، شهرام خداپرست صفحه 103
    در این مقاله، عملکرد یک چرخه توربین گاز مجهز به پیل سوختی اکسید جامد و موتور استرلینگ از دیدگاه ترمودینامیکی بررسی شده و برای تمام اجزای چرخه مورد نظر یک تحلیل ترمودینامیکی و برای پیل سوختی به کار رفته در آن، یک تحلیل الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا انجام شده است. با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی تاثیر نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، تعداد سل های پیل سوختی، نوع سیال مورد استفاده در موتور استرلینگ و سرعت زاویه ای موتور استرلینگ بر روی بازده و توان تولیدی سیستم هیبریدی بررسی می شود. براساس مقایسه انجام شده توان تولیدی سیستم پیشنهادی در حدود سه برابر توان تولیدی چرخه ساده توربین گاز و 1/3 برابر توان تولیدی سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که بازده الکتریکی سیستم پیشنهادی در حدود 82 درصد بوده و این در حالی است که بازده سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی در حدود 50 درصد و چرخه ساده توربین گاز 30 درصد است.
    کلیدواژگان: موتور استرلینگ، پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، سیستم هیبریدی
|
  • Ali Akbar Shekarian*, Sadegh Tabejamaat Page 1
    In this study, the combustion of a fuel jet with supersonic air flow has been studied numerically.The injected gas was a preburned mixture of hydrogen and air with equivalence ratio of 4.5. The flow field was investigated with and without incident oblique shock wave. The simulations have been performed using openFoam software in a three-dimensional field. A two-equation turbulence model, SST-kω, and the PaSR combustion model were used. The aim of this study was to examine the impact of the shock wave on flame stabilization. According to the results, the reaction occurs at low rates without the oblique shock. However, when the incident shock hits the bottom surface downstream of the injection slot, reaction rate increases, indicating the flame stabilization in this case. These findings are in good agreement with experimental results.
    Keywords: Supersonic flow, Combustion, Transversal injection, Incident shock
  • Alireza Alipoor, Kiumars Mazaheri* Page 33
    In the present study, the effects of inlet velocity on characteristics of Repetitive Extinction-Ignition Dynamics are numerically investigated. Hydrogen-air mixture (with equivalence ratio = 0.5) enters into a heated micro channel with a prescribed wall temperature. Low Mach number approach is considered for governing equations in numerical simulation and also detailed chemistry, and different mass diffusivity of species is utilized. The dynamic behavior is studied by two parameter, amplitude and frequency. The results show that the amplitude of repetitive extinction-ignition dynamics increases with increasing the inlet velocity, while the frequency has a descending-ascending behavior. For detailed study of this phenomenon the chemical reaction approach is used by considering the reaction rate parameter. The results illustrate that for high inlet velocitis the reactions tend to produce light species such as O, H and OH. The effects of inlet velocity on flame propagation velocity are also studied. For lower inlet velocities, flame stays longer in an extinction-ignition period in the channel, while increasing the inlet velocity causes the flame to extinguish faster.
    Keywords: Combustion in small scale, Repetitive extinction, ignition dynamics, Amplitude, Frequency, Reaction rate
  • Fateme Chitgarha*, Mohsen Davazdah Emami, Mohammad Farshchi Page 71
    Reduction of environmental pollutants caused by combustion in power plant systems is one of the main challenges for the researchers. To pinpoint the mechanisms of formation and transport of combustion pollutants, it is necessary to have an accurate prediction of temperature field and combustion products. For this reason, simulation of turbulent combustion flows has attracted much attention in recent years. An appropriate combustion model is required for simulation of these flows. Flamelet model is the most favorite combustion model, due to inherent separation of the turbulent flow field and the chemical reactions. Moreover, the consideration of unsteady flamelet in modeling complex physical phenomena such as radiation heat transfer and slow chemical processes (of pollutants) leads to better results than the steady flamelet assumption. The purpose of this study is to investigate the application of steady and unsteady flamelet models in the simulation of turbulent diffusion bluff body flame. Predictions of temprature and mean mixture fraction using steady flamelet model have shown very good agreement with experiment data. NO mass fraction in steady-state simulations using two different chemical mechanisms GRI3.0 and GRI2.11 is over predicted. While NO mass fraction in the unsteady flamelet modeling using mechanism GRI2.11 have shown good agreement with the experimental data. Thus, unsteady effects are important in slow processes such as the formation of NO.
    Keywords: Laminar Flamelet Model, Diffusion Flame, Unsteady Flamelet Model