فهرست مطالب

نشریه سوخت و احتراق
سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، پاییز و زمستان 1388)

  • تاریخ انتشار: 1388/07/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • امیر امیدوار، حسن خالقی صفحه 1
    در این نوشتار به بررسی و تحلیل دینامیکی شکست قطرات سوخت در شرایط آستانه ای شکست و در نزدیکی عدد وبر بحرانی پرداخته شده است. تحقیقات پیشین در زمینه جریان های دو فازی پراکنده نشان داده است که عدد وبر بحرانی به نسبت چگالی دو فاز وابسته است، در حالی که در اکثر مدل های مرسوم ارائه شده برای شکست قطرات اسپری از جمله مدل تشابهی تیلور، مقدار عدد وبر بحرانی برابر با 12 فرض می شود. در این مقاله سعی شده است تا با تحلیل ناپایداری-های سطحی قطره در شرایط آستانه ای شکست، عملکرد مدل مرسوم شکست تشابهی تیلور بهبود یابد. به نحوی که مدل اصلاح شده بتواند اثرات نسبت چگالی دو فاز را در فرایند شکست لحاظ نماید. نتایج این تحقیق نشان داد که در نسل جدید موتورهای دیزل که فشار محفظه احتراق در آن ها بسیار بالاست، عدد وبر بحرانی از مقدار ثابت و مرسوم 12 فراتر می رود. مقایسه نتایج با داده های تجربی نشان داد که مدل اصلاح شده پیشنهادی در این مقاله می تواند رفتار اسپری دیزل را با دقت بیشتری نسبت به مدل تشابهی تیلور پیش بینی نماید.
    کلیدواژگان: اسپری، شکست قطره، عدد وبر، نسبت چگالی
  • سید عبدالمهدی هاشمی، حسین عطوف صفحه 11
    در مقاله حاضر یک مشعل متخلخل تابشی از نوع فلزی مورد تحلیل تجربی قرار گرفته است. دو تخلخل متفاوت به طور تک تک و ترکیبی مورد آزمون قرار گرفته اند. دمای سطح و بازده تابشی مشعل به عنوان معیار ارزیابی عملکرد مشعل بررسی شده اند. آزمون ها نشان می دهند که با افزایش نرخ آتش دمای سطح مشعل افزایش می یابد. این افزایش دما در نرخ آتش های کم سریع و با افزایش نرخ آتش کند می شود. در محیط های با تخلخل یکنواخت (غیر ترکیبی) با افزایش ضخامت محیط، دمای سطح و بازده تابشی مشعل کاهش می یابد. همچنین با افزایش تخلخل دمای سطح و بازده تابشی کاهش می یابد. بازده تابشی در این موارد با افزایش نرخ آتش ابتدا افزایش یافته و سپس تقریبا ثابت باقی می ماند. در محیط ترکیبی (با دو نوع تخلخل) دمای سطح در یک ضخامت معین بیشترین مقدار را دارد و بازده تابشی با افزایش نرخ آتش ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: محیط متخلخل فلزی، احتراق، مشعل تابشی تخت، دمای سطح، بازده تابشی
  • مهدی آهنگر، رضا ابراهیمی، اکبر غفوریان صفحه 25
    در این پژوهش یک روش عددی دوبعدی برای حل جریان لزج محترق درون یک موتور موشک هیبریدی به منظور تعیین نرخ پسروی سطح سوخت جامد به کار گرفته شده است. برای حل جریان از روند ضمنی LU-SW بر اساس ترکیب روش تفکیک بردار شار ون لیر با روش اختلاف بالادست MUSCL که از محدودکننده مین مود سود می برد، استفاده شده است. با توجه به دیگر پژوهش های تجربی صورت گرفته، جزء شیمیایی C4H6 به عنوان عمده محصول گازی حاصل از فرایند گرماکافت سوخت جامد HTPB در نظر گرفته شده است. برای تعیین نرخ تولید این جزء شیمیایی از یک رابطه تجربی شبه آرنیوسی بهره گرفته شده است. در مرحله بعد، واکنش های شیمیایی بین C4H6 و اکسیژن گازی توسط یک مدل سینتیکی یازده جزئی بیست مرحله ای توصیف شده است. آشفتگی جریان نیز با به کارگیری روش جبری بالدوین- لومکس مدلسازی شده است. با حل جریان محترق، مشخصه های جریان و احتراق درون درگاه گرین (Grain) و نازل از قبیل توزیع دما، عدد ماخ، نرخ پسروی و دمای سطح سوخت تعیین شده است. نتایج شبیه سازی عددی برای یک موتور آزمایشگاهی ارائه شده و نرخ پسروی به دست آمده در مقایسه با دیگر نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: موتور موشک هیبریدی، جریان محترق، گرماکافت سوخت جامد، نرخ پسروی
  • آرش رحیمی ممقانی، رحیم خوش بختی سرای، اسماعیل فاتحی فر صفحه 41
    در این مقاله سازوکار سینتیک شیمیایی تفصیلی (76 گونه شیمیایی، 464 واکنش) برای مخلوط گاز طبیعی و هپتان نرمال، با جزء جرمی دلخواه بین 34 و 85 درصد گاز طبیعی، با استفاده از ترکیب واکنش های تفصیلی گاز طبیعی و هپتان نرمال توسعه یافت. سپس با انجام تحلیل حساسیت سازوکار ترکیبی، واکنش های مهم مشخص شدند. همچنین از الگوریتم ژنتیک، برای بهینهسازی ضرایب آرنیوس واکنش های مشخص شده توسط آزمون حساسیت، استفاده شد. سرانجام با استفاده از دو پیکره بندی مختلف (شش منطقهای و یازده منطقهای) برای مدل چند منطقهای احتراق و نتایج آزمایشگاهی موجود، دقت سازوکار ارائه شده بررسی شد. همچنین نتایج دو پیکره بندی مختلف برای مدل چند منطقهای احتراق با هم مقایسه شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که دو پیکره بندی مختلف، متغیرهای احتراقی، عملکردی یعنی شروع احتراق، تداوم احتراق، فشار متوسط، بازده گرمایی و انتشار آلاینده های موتور مخلوط همگن اشتعال تراکمی یعنی هیدروکربن های نسوخته و مونواکسیدکربن را به صورت مناسبی پیش-بینی کرده است، به طوری که توافق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند. همچنین نتایج مدل احتراقی با شش منطقه، نزدیک به مدل احتراقی با یازده منطقه بود. اما زمان محاسبات لازم برای مدل احتراقی با یازده منطقه تقریبا دو برابر مدل احتراقی با شش منطقه بود.
    کلیدواژگان: احتراق مخلوط همگن اشتعال تراکمی، تحلیل حساسیت، سازوکار سینتیک شیمیایی، مدل احتراق چند منطقه ای، الگوریتم ژنتیک
  • شهرام قنبری پاکدهی، مهدی مظفری نوشری، علی اکبر هاشمی پور رفسنجانی صفحه 57
    امروزه سیستم پیشرانش کاتالیستی برای تصحیح مدار ماهواره استفاده می شود. پیشرانه مورد استفاده در این نوع سیستم ها عموما هیدرازین است که در حضور کاتالیست Ir/γ-Alumina تجزیه و خروج محصولات با دمای بالا و جرم مولکولی پایین منجر به ایجاد نیروی پیشرانش برای تصحیح و تنظیم مدار ماهواره می شود. واکنش تجزیه هیدرازین که واکنش احتراق کاتالیستی است از دو بخش تولید و تجزیه آمونیاک تشکیل شده است. میزان ضربه ویژه که نماینده عملکرد سیستم است، در حدود 180 تا 240 ثانیه است. در صورتی که به دلیل ایجاد هر گونه مشکل در کاتالیست، واکنش تجزیه هیدرازین فقط شامل تجزیه هیدرازین و ایجاد آمونیاک باشد، احتراق ناقص است و در این صورت عملکرد سیستم مطلوب نخواهد بود. در این پژوهش، عملکرد سیستم در حالت احتراق ناقص کاتالیستی مدل می شود. نتایج این مدل نشان می دهند که میزان ضربه ویژه در این حالت در حدود 150 ثانیه است. این مدل درک درستی از معادلات عملکرد حاکم بر سیستم ارائه خواهد داد. نتایج تجربی نیز صحت داده های حاصل از مدل را تایید می کنند.
    کلیدواژگان: سیستم پیشرانش کاتالیستی، احتراق ناقص، عملکرد، هیدرازین، مدلسازی
  • امیر مردانی، صادق تابع جماعت صفحه 69
    احتراق تحت شرایط رقیق سازی زیاد و دمای پیش گرم بالا (Mild) دارای ویژگی هایی است که آن را از سایر سیستم های احتراقی متمایز می کند. از جمله آن ها، کاهش چشمگیر اکسیژن در منطقه واکنش در مقایسه با احتراق عادی و در نتیجه کم سرعت بودن واکنش ها و به عبارت دیگر آرام سوزی است. این امر موجب می شود که مقیاس زمانی جریان و انجام واکنش ها به یکدیگر نزدیک شود. برای مطالعه این شرایط (Regime) احتراقی شعله متقارن محوری مخلوط CH4+H2 آزمایش های گروه دالی که شرایط احتراق Mild را دارد، مبنای مدلسازی قرار گرفته است[Proc. Combust. Inst. 29 (2002)،1147-1154]. در مدلسازی انجام شده از معادلات RANS و مدل توربولانسی اصلاح شده به همراه مدل EDC برای ایجاد رابطه مناسب بین سینتیک شیمیایی و آشفتگی جریان و همچنین از سازوکارهای شیمیایی کامل GRI2.11 و کاهش یافته DRM-22 استفاده شده است. با تغییر غلظت اکسیژن هوای داغ ورودی و سرعت فواره سوخت، ویژگی های این شرایط احتراقی نظیر اهمیت قدرت نفوذ مولکولی در میدان و سرعت واکنش ها و توزیع متغیرهای میدان بررسی شد. دیده شد که در چنین شرایطی پدیده انتقال مولکولی که در جریان های آشفته متعارف معمولا قابل صرف-نظر کردن است، دارای اهمیت خواهد شد. همچنین نتایج حاکی از آن است که با دور شدن از دهانه نازل، سرعت و شدت واکنش ها افزایش یافته و ضمن دور شدن از شرایط احتراق Mild از دقت مدلسازی کاسته می شود. همچنین در نزدیکی دهانه نازل و غلظت های اکسیژن کم و رینولدزهای پایین اثرگذاری انتقال مولکولی قابل توجه است و نباید از آن صرف نظر شود. مقایسه نتایج مدلسازی و تجربی حاکی از رضایت بخش بودن دقت نتایج عددی دارد.
    کلیدواژگان: احتراق Mild، رقیق سازی، آشفتگی، متان، هیدروژن
  • امید جهانیان، سیدعلی جزایری صفحه 85
    در این مقاله با استفاده از یک مدل ترمودینامیکی و در نظر گرفتن سینتیک تفصیلی شیمیایی به بررسی عملکرد یک موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن با سوخت گاز طبیعی پرداخته شده است. سپس تاثیر افزودن مقادیر مختلف فرمالدهید به سوخت، بر روی متغیرهای عملکردی موتور مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که می توان با افزودن فرمالدهید به سوخت، محدوده کاری موتور را تغییر داد. از سوی دیگر برای هر شرایط کاری موتور، مقدار افزودنی بهینه ای وجود دارد که تحت آن مقدار، کار و توان موتور به بیشینه خود می رسد. همچنین نشان داده شده است که با استفاده از این افزودنی، مخلوط هوا و سوخت در دمای پایین تری محترق می شود، بنابراین می توان دمای ورودی مخلوط را کاهش داد و به این ترتیب با افزایش بازده حجمی، به کارایی بالاتری دست یافت.
    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی سوخت همگن، شروع احتراق، گاز طبیعی، فرمالدهید
|
  • A. Omidvar, H. Khaleghi Page 1
    This paper presents a dynamic investigation of fuel droplets breakup at the vicinity of critical Weber number. Based on prior research, the critical Weber number depends on density ratio. However, in traditional diesel spray droplet breakup models such as TAB, the critical Weber number is considered to be constant at a value of 12. In this article, some modification has been proposed in order to improve Taylor analogy breakup model with respect to density ratio effects. The results of the present research indicate that at higher combustion chamber pressure levels, critical Weber number is greater than the custom value of 12 in novel diesel engines. In addition, the results from our proposed model are in good agreement with experimental data reported by other researchers. It is, therefore, concluded that the new modified model is effectively more reliable in comparison with TAB model.
  • S. A. Hashemi, H. Atoof Page 11
    In this paper, a metal porous radiant burner is studied experimentally. Two porosities are tested both individually and in combination. Surface temperature and radiation efficiency of the burner are considered as assessment criteria. The experiments show that the surface temperature rises with an increasing firing rate. This increase in temperature is fast in low firing rates, and slow in high firing rates. In a uniform porous media (non-combined), with a rise in the thickness of the media, the surface temperature and radiation efficiency both decrease. However, with an increase in porosity, the surface temperature as well as radiation efficiency decreases. In such cases, radiation efficiency initially increases, and then remains almost constant. In a combined (two porosity) medium, the surface temperature is maximum for a specific thickness, and although radiation efficiency initially increases for a rising firing rate, it then decreases again.
  • M. Ahangar, R. Ebrahim, A. Ghafurian Page 25
    In this study, a two-dimensional, planar, numerical solution has been used to model the chemically reactive viscous flow in hybrid rocket motors for the purpose of determining the e solid fuel regression rate. The solution employs an implicit finite-volume, lower-upper Steger-Warming scheme (LU-SW) based on Van Leer’s flux vector splitting method together with MUSCL technique, which includes minmod flux-limiter function. In agreement with other experimental studies, C4H6 species is considered as the main gaseous product of HTPB pyrolysis. The rate of pyrolysis is described by means of an Arrhenius-type relationship. In the present work, the chemical reactions between Oxygen and C4H6 are presented through an 11–species and 20–Step chemistry model. Also, turbulence is simulated using the Baldwin-Lomax algebraic eddy viscosity model. The characteristics of reactive flow in port and nozzle such as temperature distribution, Mach number, regression rate and surface temperature are calculated. Numerical simulation of a lab scale motor firing is presented, whereby comparison with other computational and experimental data shows good agreement between the predicted and measured regression rate.
  • A. Rahimi Mamaghani, R. Khoshbakhti Saray, E. Fatehifar Page 41
    In this work, a detailed combined chemical kinetics mechanism (76 chemical species, 464 reactions) for a mixture of natural gas and n-heptane with arbitrary mass fractions of natural gas between 36 and 85 percent was developed from the combination of the detailed reaction schemes for natural gas and n-heptane fuels. Then, essential reactions were determined through performing a sensitivity analysis on the combined mechanism. In addition, genetic algorithm was applied to optimize the Arrhenius rate coefficients of the specified reactions by means of sensitivity analysis. Finally, accuracy of the presented mechanism was investigated through two different zone configurations (6 zones and 11 ones) of a multi-zone combustion model as well as available laboratory results. Also, the results of the two considered zone configurations from the multi-zone combustion model were compared, whereby it was found that the two zone configurations considered could properly predict combustion, performance parameters (i.e. start of combustion), burn duration, indicated mean effective pressure, indicated thermal efficiency as well as important HCCI engine emissions (i.e. unburned HC and CO emissions) in good accord with the experimental data. Also, it was discovered that the results of the 6 zone combustion model were closer to the results of the 11 zone combustion model. But the required computational time for the 11 zone combustion model was approximately twice that of the 6 zone combustion model.
  • Sh. Ghanbari Pakdehi, M. Mozaffari Noshari, A. A. Hashemipour Rafsanjani Page 57
    Catalytic propulsion system is used in adjustment of satellite orbits. Hydrazine is conventionally used as propellant of the system, whose decomposition in the presence of Ir/γ-Alumina catalyst causes hot gases, which leads to the propulsion force for the above purpose. This decomposition process, which is a catalytic combustion, comprises production and subsequent decomposition of ammonia. The specific impulse of such a system is 180-240 seconds. If there is any problem in the catalyst which causes hydrazine decomposition to result only in ammonia, the combustion is incomplete, in which case system performance will be below optimum. In this paper, the performance of the system is modeled in the incomplete combustion state, whereby the results show that the specific impulse in the condition is 150 seconds. This model is expected to provide proper insight into the relationships governing the system. Existing experimental data are also in line with those of the present model.
  • A. Mardani, S. Tabejamaat Page 69
    Mild is an acronym for moderate or intense low-oxygen dilution and refers to oxidizer high preheating and dilution. The Mild combustion has features which set it apart from other combustion systems, such as higher reaction zone volume, more uniform temperature distribution, lower reaction rate, lower heat release rate and lower Damkohler number in comparison with the ordinary combustion regime. In this paper, characteristics of the Mild regime were studied numerically. The experimental conditions of Dally et al. [Proc. Combust. Inst. 29 (2002) 1147–1154] were used for modelling in the present study. The EDC model was used to describe the turbulence-chemistry interaction. The DRM-22 reduced mechanism and the GRI 2.11 full mechanism were used to represent the chemical reactions of H2/methane jet flame. The distribution of temperature, some species, reaction rates and also the importance of molecular diffusion for various O2 levels and jet Reynolds numbers were investigated. The results show that the molecular diffusion in Mild combustion cannot be ignored in comparison with the turbulent transport. Also, the method of inclusion of molecular diffusion in combustion modelling has a considerable effect on the accuracy of numerical modelling of Mild combustion. By decreasing the jet Reynolds number and reducing the oxygen concentration in the airflow, the influence of molecular diffusion on Mild combustion increases. Moreover, the effect of the molecular diffusion reduces on reaction zone when moving away from the nozzle. Although the agreement between numerical and experimental results are very satisfactory, by distancing from the nozzle, the rate of reactions increases while deviation from Mild condition and numerical errors grows.
  • O. Jahanian, S. A. Jazayeri Page 85
    In this paper, the performance of a natural gas HCCI engine is studied through a thermodynamic model along with its detailed chemical kinetics. The influence of using formaldehyde as an additive on the engine characteristics is also investigated. The results show that it is possible to change the engine working limit using this additive. Furthermore, there is an optimum additive content for each operating condition, which leads to higher output work and power. It is also shown that the air/fuel mixture will ignite earlier using this additive, so it conceivable to reduce inlet mixture temperature resulting in better performance due to higher volumetric efficiency.