فهرست مطالب

سوخت و احتراق - سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 30، بهار 1399)

نشریه سوخت و احتراق
سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 30، بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • کیارش کاملی، هادی پاسدار شهری* صفحات 1-17
    در این مقاله به بررسی عددی تاثیر میدان مغناطیسی با گرادیان های کاهشی و افزایشی بر رفتار شعله غیر پیش آمیخته آرام متان پرداخته شده است. به منظور بررسی تاثیر میدان مغناطیسی، از مدل احتراقی آرنیوسی و همچنین سینتیک یک مرحله ای متان-هوا برای شبیه سازی استفاده شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی مطابقت خوبی داشته و دمای شعله ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده نشان دهنده تغییر شکل شعله و افزایش دمای آن تحت تاثیر گرادیان میدان مغناطیسی است. با قرارگیری شعله در میدان مغناطیسی، در دو حالت گرادیان کاهشی و افزایشی، دمای شعله، افزایش و ارتفاع شعله کاهش می بابد. با اعمال میدان مغناطیسی گرادیان کاهشی، دمای بیشینه در بالای مشعل از ارتفاع 4.5 میلی متر و در حالت بدون میدان به ارتفاع 2.5 میلیمتر می رسد، در حالی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی گرادیان افزایشی این مقدار 4 میلی متر است که نشان دهنده کاهش ارتفاع شعله نیز است. تغییرات رفتار شعله در حالت میدان با گرادیان کاهشی مشهودتر است. میدان مغناطیسی در کاهش کسر جرمی متان نسوخته و محصولات احتراق در طی فرآیند احتراق موثر است. در حالت گرادیان کاهشی و افزایشی، متان نسوخته نسبت به حالت بدون میدان به ترتیب 99 و 52 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: شعله غیر پیش آمیخته، میدان مغناطیسی، گرادیان کاهشی و افزایشی، گونه پارامغناطیس، نیروی حجمی مغناطیسی
  • حمیدرضا فرشی فصیح، حجت قاسمی*، حسن کریمی مزرعه شاهی صفحات 18-35
    این مقاله به بررسی گازسازی مازوت پالایشگاه تهران با عامل گازکننده هوا می پردازد. در ابتدا گازسازی مازوت با رویکرد ترمودینامیکی تعادلی مدل سازی شده و سپس به صورت تجربی، عملکرد دمایی یک گازساز جریان حامل مطالعه شده است. بدین منظور یک مجموعه گازسازی سوخت نفتی سنگین با ظرفیت 7 کیلوگرم بر ساعت طراحی و ساخته شد. مشخصات فیزیکی-شیمیایی این سوخت نفتی سنگین از طریق آزمایشگاهی تعیین گردید. در یک مطالعه پارامتریک به کمک مدل تعادلی در نرم افزار Aspen plus برای شرایط پایدار، اثر نسبت هم ارزی بر شاخص های عملکردی در گازسازی شامل ترکیبات گاز سنتزی، ارزش حرارتی و دمای گازسازی بررسی شد. توزیع درجه حرارت درون گازساز و مصرف کربن جامد سوخت نفتی سنگین، عوامل موثری در تولید گاز سنتزی و عملکرد بهینه گازسازی می باشند. در مطالعه تجربی، دمای گازسازی در نقاط مختلف گازساز اندازه گیری شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهند که مقادیر CO، H2 و HHV در نسبت هم ارزی برابر 39/0 بیشینه بوده که منطبق با مصرف کامل کربن جامد است. با افزایش نسبت هم ارزی، دمای گازسازی زیاد شده که این منطبق بر نتایج تجربی نیز می باشد. مقایسه نتایج مدل سازی و تجربی نشان می دهد که ضمن هماهنگی روند تغییرات دمای گازسازی، اختلاف دماهای تجربی و مدل سازی با افزایش نسبت هم ارزی کاسته می شود؛ همچنین پس از یک فاصله کوتاه از نوک انژکتور، درجه حرارت در طول گازساز با نرخ ثابتی کاهش می یابد. در نهایت، به منظور عملکرد بهینه گازسازی سوخت نفتی سنگین، یک تناسب بین طول گازساز و نسبت هم ارزی بر اساس پیشرفت یکی از واکنش های اساسی در گازسازی ارایه شده است.
    کلیدواژگان: سوخت نفتی سنگین، نسبت هم ارزی، توزیع درجه حرارت، ترکیبات گاز سنتزی، طول گازساز
  • علی متولی*، میلاد تیموری، برات قبادیان، غلامحسن نجفی صفحات 36-49

    نگرانی از افزایش آلودگی محیط زیست و افزایش گازهای گلخانه ای، حاصل از استفاده سوخت های فسیلی، محققان را به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر سوق داده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات زیست محیطی تولید سوخت بیواتانول از ضایعات سیب زمینی از مرحله کشاورزی تا مرحله تولید بیواتانول (خردکردن و له کردن و تولید مالت، هیدرولیز آنزیمی، تخمیر و آبگیری) پرداخته شد. بررسی زیست محیطی داده های بدست آمده با استفاده از روش ارزیابی چرخه حیات در قالب 15 گروه تاثیر و 4 شاخص نهایی انجام شد و تابع کارکردی آن تولید یک کیلوگرم بیواتانول در نظر گرفته شد. نتایج بدست آمده از گروه های تاثیر در دو مرحله کشاورزی و تولید بیواتانول نشان داد که مرحله کشاورزی در تمامی گروه های تاثیر به جز گروه تاثیر سرطان زایی، مقادیر بالاتری نسبت به مراحل تولید بیواتانول در کارگاه (تولید مالت، هیدرولیز، تخمیر و آبگیری) دارد. همچنین، نتایج نشان داد بالاترین سهم در ایجاد گروه های تاثیر مختلف مربوط به مصرف انرژی الکتریسیته، فولاد، ماشین های کشاورزی، نیتروژن، فسفات و انتشار آلاینده های مستقیم از سطح مزرعه و کارگاه است. مقایسه بین شاخص های نهایی مختلف نشان می دهد که شاخص سلامتی انسان ها به ازای تولید یک کیلوگرم سوخت بیواتانول 9/90 برابر نسبت به کیفیت اکوسیستم، 1/28 برابر نسبت به تغییرات اقلیم و 1/48 برابر نسبت به منابع دارای اثرات مخرب زیست محیطی است.

    کلیدواژگان: اثرات زیست محیطی، بیواتانول، ضایعات سیب زمینی، ارزیابی چرخه حیات
  • عرفان آقایی، میترا ابراهیمی نژاد، رضا خوشبین، رامین کریم زاده*، سمیرا مریدی، حمیدرضا گودینی، الیور گورکه صفحات 50-66

    زیولیتY بدون حضور ماده الگوساز و با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده به عنوان منبع Si و Al با موفقیت سنتز شده است. سورفکتنت (CTAB) جهت ایجاد حفرات مزو در زیولیت Y سنتزی مورد استفاده قرار گرفت. خواص فیزیکی-شیمیایی نمونه ها با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، BET، FTIR،NH3-TPD ، EDX   بررسی شده است. خواص و عملکرد کاتالیستی زیولیت های سنتز شده با استفاده پیروفیلیت با زیولیت Y تجاری مقایسه شده است. نتایج آنالیز XRD سنتز زیولیت Y با خلوص بالا با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده در حضور CTAB را تایید می کند. همچنین، با استفاده از CTAB خواص بافتی و اسیدیته نمونه سنتزی بهبود یافت. فعالیت کاتالیستی زیولیت های سنتز شده در راکتور بستر ثابت مطالعه شده است. نمونه سنتز شده با استفاده از CTAB جهت تبدیل روغن سنگین به سوخت های سبک میزان تبدیلی بالاتر از 60% نشان داد. همچنین، انتخاب پذیری بالاتری نسبت به سوخت های سبک از قبیل بنزین و دیزل و نیز تولید گاز بیشتری برای زیولیت سنتز شده با استفاده از CTAB نسبت به نمونه های دیگر مشاهده شد. به علت وجود حفرات مزو و دسترسی مناسب تر مولکول های خوراک به مکان های فعال کاتالیستی، نمونه سنتز شده با CTAB میزان فعالیت و گاز تولیدی بالاتری را نشان داد.

    کلیدواژگان: زئولیت Y، پیروفیلایت، CTAB، کراکینگ روغن سنگین
  • محمدهادی بدرخواهان، محمد ضابطیان طرقی*، محمدرضا کرفی صفحات 67-80

    در این پژوهش، با استفاده از حسگر نوری و سیستم داده برداری، به بررسی پایداری مشعل شعله سطحی پرداخته می شود. نوسانات شدت نور توسط حسگر نوری اندازه گیری و سپس، با استفاده از تبدیل فوریه سریع، از فضای زمانی به فضای فرکانسی انتقال داده شد و از منحنی پاسخ فرکانسی، فرکانس طبیعی نوسانات استخراج شد. برای اینکه بتوانیم رفتار دینامیک را برای شعله پیش آمیخته نشان دهیم، شعله های پیش آمیخته به دو ناحیه شعله های سلولی و شعله های مسطح تقسیم بندی می شوند. این تقسیم بندی وابسته به نرخ جریان و نسبت هم ارزی است. در شعله های مسطح، با افزایش نرخ جریان، به دلیل افزایش سرعت گازهای داغ سوخته شده، فرکانس نوسانات نیز افزایش می یابد. در شعله ه ای سلولی، با افزایش نرخ جریان، فرکانس نوسانات کاهش پیدا می کند. در نرخ های جریان یکسان، کاهش شدید فرکانس نوسانات نشان دهنده ظهور شعله های سلولی است. بنابراین، امکان تشخیص گذر شعله از حالت مسطح به سلولی فراهم می شود.زمانی که در یک نرخ جریان ثابت، با افزایش نسبت هم ارزی، شاهد افزایش فرکانس نوسانات نباشیم، انتقال از شعله سلولی به شعله مسطح اتفاق می افتد. شروع انتقال از شعله سلولی به شعله مسطح در نرخ های جریان 1/1، 1/2، 1/3، 1/4، 1/5 و 1/6 مترمکعب بر ساعت به ترتیب در نسبت های هم ارزی 0/6، 0/62، 0/62، 0/64، 0/66 و 0/67 اتفاق می افتد. محل شروع انتقال منطبق بر شروع ناحیه برخاستگی براساس پردازش تصویر است. این پژوهش، دارای جنبه های تازه ای از بررسی پایداری شعله می باشد بدون آنکه سبب اختلال در شکل شعله شود و به رژیم شعله آسیب وارد کند.

    کلیدواژگان: ناپایداری ذاتی، شعله سلولی، شعله مسطح، فرکانس طبیعی نوسانات، تحلیل فرکانسی
  • فرهنگ سرشکی*، حدیث مرادی، محمد عطایی، محسن نظری صفحات 81-97

    در معادن زغال سنگ، انفجار مخلوط گرد زغال و گاز متان در سال های اخیر باعث اثرات فاجعه باری شده است. اشتعال پذیری و فعالیت های شیمیایی گرد و غبار مربوط به اندازه ذرات است. لذا، مکانیسم انفجار گرد و غبار زغال سنگ به طور گسترده ای توسط اندازه ذرات زغال سنگ کنترل می شود. در این مقاله، اثر اندازه ذرات گرد و غبار زغال سنگ بر روی شدت انفجار گرد و غبار زغال سنگ با استفاده از آزمون انفجار در محفظه 2 لیتری مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های زغال سنگ مورد آزمایش از سه معدن از منطقه زغالی مهم کشور (البرز شرقی، البرز مرکزی و طبس) جمع آوری شده و به صورت گرد زغال در هشت مقیاس مختلف (149، 125، 105، 74، 63، 53، 44 و 37 میکرون) آماده سازی شده است. نتایج آنالیز سرندی نشان می دهد که تقریبا تمام نمونه گرد زغال های انتخاب شده حداقل غلظت مطلوب انفجار (250 گرم بر متر مکعب) را دارند. شدت انفجار هر نمونه با اندازه گیری حداکثر فشار، حداکثر میزان افزایش فشار و شاخص انفجار طی آزمایش های متعددی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحلیل، تمامی آزمایش ها در فشار 1/5 بار و دمای اولیه 25 درجه سانتی گراد انجام شد. طبق نتایج به دست آمده، ذرات گرد زغال با ابعاد 44 و 37 میکرون نسبت به سایر ابعاد شاخص انفجاری بالاتری دارند. بنابراین، پارامترهای حداکثر فشار انفجار و حداکثر نرخ افزایش فشار با کاهش اندازه و پراکندگی ذرات، روند افزایشی را در شدت انفجار نشان می دهد. حضور ذرات ریز باعث افزایش سطح موثر و در نتیجه باعث افزایش سرعت انفجار و نرخ ناپایداری می شود که موجب شتاب فرایند انفجار گرد زغال می شود. بنابراین، طبق نتایج به دست آمده، در فرایند بررسی انفجار گرد زغال، علاوه بر غلظت گرد زغال، اندازه ذرات نیز بایستی درنظر گرفته شود. نتایج به دست آمده در این مکانیسم نه تنها در تحقیق و پیشرفت دانش فرایند انفجار گرد زغال مفید است، بلکه  در انجام اقدامات لازم برای جلوگیری از انفجار گرد زغال سنگ در معادن زغال سنگ نیز موثر است.

    کلیدواژگان: گرد و غبار زغال سنگ، محفظه احتراق، شاخص انفجار، توزیع اندازه ذرات، پارامترهای انفجاری
  • محمد لاهیجانی، سبحان امامی* صفحات 98-117

    با توجه به این که پایداری شعله در موتورهای اسکرم جت از چالش های اساسی پیش روی توسعه ی این گونه موتورهاست، در مطالعه ی حاضر به بررسی عددی تاثیر حفره در محفظه احتراق مافوق صوت یک اسکرم جت پرداخته شده است. در این شبیه سازی دو بعدی از مدل اغتشاشی k-ɛ استاندارد و مدل احتراقی واکنشگاه نیمه مخلوط (PaSR) استفاده شده است. جریان هوا به صورت مافوق صوت و با عدد ماخ 2/05 به محفظه احتراق وارد می شود. سوخت هیدروژن نیز در شرایط صوتی و به طور متقاطع درون جریان هوا تزریق می شود. در این محفظه احتراق، به منظور پایدارسازی شعله از حفره استفاده شده و تاثیر نحوه قرارگیری حفره و تعداد حفره ها بر ساختار جریان، بازده احتراقی و ضریب بازیافت فشار سکون مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد، با افزایش تعداد حفره ها از یک تا چهار، بازده احتراقی افزایش یافته اما ضریب بازیافت فشار سکون کاهش می یابد. برای پیکربندی با چهار حفره بازده احتراقی برابر 98% و ضریب بازیافت فشار سکون برابر 46/13% است که نسبت به پیکربندی تک حفره تقریبا با افزایش 26% بازده احتراقی و کاهش 10% ضریب بازیافت فشار سکون همراه است. بهترین عملکرد در پیکربندی های مورد مطالعه مربوط به محفظه احتراق با دو حفره موازی و دو پاشنده سوخت است.

    کلیدواژگان: احتراق مافوق صوت، اسکرم جت، سوخت هیدروژن، حفره ی پایدار کننده شعله، بازده احتراقی
|
  • Kiarash Kameli, Hadi Pasdarshahri * Pages 1-17
    In this paper, the effect of the magnetic field with decreasing and increasing gradients on the non-premixed methane flame has been investigated. To examine the impact of the magnetic field, Arrhenius combustion model and the one-stage methane-air mechanism have been used for simulation. The simulated results of the flame temperature are in a good agreement with experimental measurements. Results show the flame deformation and its temperature increase is affected by the magnetic field gradient. By applying the flame in the magnetic field with decreasing and increasing gradients, the flame temperature increases, and the flame height decrease. By using a decreasing gradient magnetic field, the maximum temperature at the top of the burner reaches a height of 4.5 mm and in the absence of field, position at the height of 2.5 mm. While under the influence of increasing gradient magnetic field, this value is 4 mm, indicating a decrease in the height of the flame. These changes are more evident in the area with a decreasing gradient. The magnetic field effects on methane and combustion products mass fraction's decrease. In decreasing and increasing gradients, unburned methane declined respectively 99% and 52% in comparison with no field.
    Keywords: non-premixed flame, Magnetic field, decreasing, increasing-gradient, paramagnetic species, magnetic force per unit volume
  • Hamidreza Farshifasih, Hojat Ghasseim *, Hasan Karimi Mazraeshahi Pages 18-35
    In this paper, air gasification of Tehran’s refinery Mazut is investigated. First, Mazut gasification is modeled by the equilibrium method and then, the thermal operating of an entrained flow gasifier is studied experimentally. An entrained flow gasifier is designed and manufactured for 7 kg/h flow rate of heavy fuel oil. The physical/chemical properties of this heavy fuel oil are determined via standard laboratory experiments. In Aspen plus, a parametric study is conducted by the equilibrium model in order to investigate the effects of equivalence ratio on syngas composition, gasification temperature, and higher heating value for the steady-state condition. Temperature distribution along the gasifier and the solid carbon consumption are effective parameters on syngas composition and gasification performance. In an experiment, the gasification temperature is measured at different locations of a gasifier. The modeling results show that the values of H2, CO, and HHV have a maximum which is accompanied with complete consumption of solid carbon at equivalence ratio 0.39. By increasing equivalence ratio, gasification temperature increases which are supported by experimental results. The comparison of modeling and experimental result shows that difference between model and experimental temperature increases by increasing equivalence ratio. Also, after a short distance from the injector, the temperature is decreased along the gasifier with a constant rate. Finally, in order to provide the optimum gasification operation, the proportion between an appropriate gasifier length and operating equivalence ratio is presented based on one of the gasification reaction.
    Keywords: heavy fuel oil, Equivalence ratio, temperature distribution, syngas composition, gasifier length
  • Ali Motevali*, Milad Teymori Omran, Barat Ghobadian, Gholam Hassan Najafi Pages 36-49

    Concerns about increasing environmental pollution and increasing greenhouse gas emissions from fossil fuels have led researchers to use renewable energy. In this research, the environmental impacts of bioethanol production from potato waste were investigated from the agricultural stage to the production stage of bioethanol (crushing and malt production, enzymatic hydrolysis, fermentation and dehydration). Investigation of environmental impact of the data collection was done using a life cycle assessment method in the form of 15 impact groups and 4 final indicators, and its functional unit was considered to produce 1 kg of bioethanol. The results obtained from the impact groups in two stages of agriculture and bioethanol production showed that the agricultural stage in all the affected groups except the carcinogenicity group had higher values than the stages of bioethanol production (malt production, hydrolysis, fermentation and dewatering). Also the results showed that the highest contribution to creating different impact groups is related to energy consumption of electricity, steel, agricultural machinery, nitrogen, phosphate and direct emission of pollutants from the field and manufactory. The comparison between different environmental endpoints indicator shows that the human health index is 9.90 times higher than ecosystem quality, 1.28 times higher than climate change and 1.48 times higher than that of resources with destructive effects on bioethanol fuel production.

    Keywords: Environmental Impact, Bioethanol, Potato waste, life cycle assessment
  • Erfan Aghaei, Mitra Ebrahiminejad, Reza Khoshbin, Ramin Karimzadeh *, Samira Moridi, Hamid Reza Godini, Oliver Gorke Pages 50-66

    Zeolite Y was successfully synthesized using alkali-fused pyrophyllite as the source of Si and Al without using template. Surfactant (CTAB) was used in order to create the mesopores in the synthesized Y zeolite. Physicochemical properties of the synthesized samples were investigated using XRD, FESEM, BET, FTIR, NH3-TPD, EDX and TGA characterizations. The properties and catalytic performance of the synthesized zeolites using pyrophyllite were compared with commercial Y zeolite. The results of XRD analysis showed that a pure Y zeolite has been synthesized using alkali-fused pyrophyllite in the presence of CTAB. Furthermore, the use of CTAB resulted in improving the textural and acidity properties of the synthesized sample. Moreover, the catalytic activity of the synthesized zeolites was tested in a fixed bed reactor. The synthesized sample with CTAB, for the case of heavy oil conversion to light fuels showed a conversion of up to ca. 60%. It was observed that the light fuels selectivity such as gasoline and gasoil as well as gaseous production over modified zeolite with CTAB was higher than the other samples. Due to the presence of mesopores and better accessibility of the feed molecules to the catalytic active sites, the CTAB-synthesized sample showed higher catalytic activity as well as gaseous products formation.

    Keywords: Y zeolite, pyrophyllite, CTAB, heavy oil cracking
  • Mohammad Hadi Badrkhahan, Mohammad Zabetian Targhi*, Mohammad Reza Karafi Pages 67-80

    This study investigates the stability of a surface flame burner using a photodiode and data acquisition system. The light intensity fluctuations were measured by the photodiode and, using fast Fourier transform, they were transferred from the temporal to the frequency space. To illustrate the dynamic behavior of premixed flames, flames are divided into two regions of cellular flames and surface flames. This classification is dependent on the flow rate and the equivalence ratio. In surface flames, as the flow rate increases, the oscillation frequency also increases because the hot burned gas velocity increases. In cellular flames, as the flow rate increases, oscillation frequency decreases. At identical flow rates, the sharp decrease in the oscillation frequency indicates the appearance of cellular flames so we can find the transition from the surface flame to the cellular flame. At a constant flow rate, with an increase in the equivalence ratio, there is no increase in the oscillation frequency, the transition from the cellular flame to the surface flame occurs. The initiation of the transition from the cellular flame to the surface flame occurs at flow rates of 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 m3 / h and at equivalence ratios of 0.6 , 0.62, 0.62, 0.64, 0.66, and 0.67, respectively. The location of the transition corresponds to the start of the liftoff zone based on image processing. This research is innovative because it is possible to evaluate flame stability using a non-intrusive method without disturbing the flame shape and damaging the flame regime.

    Keywords: Intrinsic Instability, Cellular Flame, planar Flame, Typical-oscillation frequency, Frequency analysis
  • Hadis moradi, Farhang Sereshki*, Mohammad Ataei, Mohsen Nazari Pages 81-97

    In this study, the effect of coal dust particle size on the intensity of coal dust explosion was investigated using an explosion test in a 2-liter chamber. Samples of coal have been collected from various coal mines in the country and they are used for coal dust preparation. To determine the index of explosion capability (KST), the distribution of the explosion intensity of each sample should be evaluated by measuring the maximum pressure (Pmax) and the maximum explosion pressure rise rate (dp/dtmax) in different experiments. Coal dust particles at constant concentrations and different sizes (149µm, 125µm, 105µm, 74µm, 63µm, 53µm, 44µm, 37µm) were evaluated. The results of the sieving analysis show that almost all samples of the prepared coal dust have a minimum optimum explosive concentration (250 g/m3 ). In this analysis, all tests were carried out at 1.5 bar and the initial temperature was 25 °C. According to the results, coal dust particles with dimensions of 44 and 37 microns have higher explosive index than other dimensions. Therefore, both parameters of maximum explosion pressure (Pmax) and the maximum explosion pressure rise rate (dp/dtmax) show an increasing trend with decreasing particle size. Also an increasing concentration of coal dust shows an increasing trend at the first and then a decrease in the intensity of the explosion. The presence of small coal particles increases the effective level, thus increasing the explosion rate and the rate of instability, which accelerates the process of coal dust explosion. Therefore, according to the results obtained in the process of checking coal dust explosion, in addition to the inherent characteristics of coal dust, particle size coal dust should also be taken into account. The results obtained in this mechanism are useful not only in the research and development of knowledge of coal dust blasting processes, but also in taking the necessary measures to prevent the explosion of coal dust in coal mines.

    Keywords: coal dust, combustion chamber, explosion index, particle size distribution, explosive parameters
  • Mohammad Lahijani, Sobhan Emami * Pages 98-117

    In the present research work, computational simulation of the multi cavity scramjet combustor has been performed by using the two-dimensional compressible Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) equations coupled with two equations standard k-ɛ turbulence model as well as PaSR model for combustion modeling. In this combustion chamber, the supersonic air with Mach number of 2.05 flows in the enclosure, and the transverse hydrogen fuel injection is employed at sonic condition. The cavity is used to stabilize the flame in the combustor and the effect of cavity location and also the number of cavities on flow structure, combustion efficiency, and pressure recovery factor are studied. The results show that by increasing the number of cavities from one to four, the combustion efficiency is increased but the pressure recovery factor decreases. For the four-cavity configuration, the combustion efficiency is around 98% and the pressure recovery factor is 46.13%, which shows 26% increase in the combustion efficiency and 10% decrease in the pressure recovery factor as compared with the single-cavity. In the considered configurations, the best performance is achieved by the parallel dual-cavity with two-injection combustor.

    Keywords: Supersonic combustion, Scramjet, Hydrogen fuel, Cavity flame holder, Combustion efficiency