مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مقایسه اثرات چند سینتیک شیمیاییِ کلی بر شبیه‌سازی سه‌بعدی شعله برخاسته متان

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا / دانشگاه تربیت مدرس
2 استاد دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در کار حاضر مقایسه اثرات چند سینتیک شیمیایی کلی در شبیه‌سازی 3 بعدی احتراق متان، توسط مجموعه کد متن‌باز اپن‌فوم، در یک محفظه احتراق افقی که دارای شعله برخاسته می‌باشد، مورد نظر است. هدف از این مقایسه، مشاهده اثرات سینتیک‌های کلی یک، دو و چهار مرحله‌ای بر سرعت، توزیع گونه‌ها و دما است. در این شبیه‌سازی، معادلات بقا و حالت بطور همزمان حل و معادلات مشتق جزئی توسط روش حجم محدود گسسته می‌گردند. اثرات آشفتگی با روش k-ε، تابش با مدل P1 و برهم‌کنش آشفتگی و احتراق با روش PaSR محاسبه می‌شوند. نتایج عددی به وسیله‌ی داده‌های آزمایشگاهی محفظه احتراق استوانه‌ای صحت سنجی گردید. نتایج نشان می‌دهد که سینتیک‌های مذکور دارای اختلاف در نتایج سرعت، دما و گونه‌ها در یک‌سوم انتهایی محفظه که محل استقرار شعله است، می‌‌باشند و مکان شعله را متفاوت از یکدیگر پیش‌بینی می‌کنند و سینتیک‌های 4مرحله‌ای دارای دقت بهتری نسبت به نوع 2مرحله‌ای هستند. در بین مکانیزم‌های 4مرحله‌ای مدل JL دارای دقت و زمان محاسبات بیشتری است، سینتیک‌های یک مرحله‌ای قادر به حفظ شعله‌ی برخاسته نبودند. نوع 2مرحله‌ای نسبت به نتایج تجربی شعله را در پایین‌دست و مدل کیم نسبت به نتایج تجربی شعله را در بالادست بازسازی می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Comparison of some global chemical kinetics effects on methane lifted flame 3D simulation

نویسندگان English

amin jalalian 1
Kiumars Mazaheri 2
1 PhD student/ Mechanical engineering,Tarbiat Modares University,Tehrran, Iran
2 Tarbiat Modares University
چکیده English

In the present study, the effects of several global chemical kinetics in 3-dimensional numerical simulation of methane combustion in a horizontal combustion chamber which has lifted flame by a set of open source code OpenFOAM, is compared. The purpose of this comparison is to study the effects of 1, 2 and 4 step global kinetics on velocity, temperature and species distribution. In this simulation, conservation and state equations are solved simultaneously. Partial differential equations are discreted by finite volume method. The effects of turbulence by standard k-e, radiation by P1 model and turbulence-combustion interaction by PaSR are modeled. The results of numerical simulations have been validated by a cylindrical combustion chamber experimental data. The results show that the kinetics have considerable differences in results of velocity, temperature and species in the final third of the chamber where the flame is located, and differently predict locations of the flame. According to these results, 4-step mechanisms were more accurate than the 2-step type. Between 4 step mechanisms, JL is more accurate than Kim in overall; However, its calculation time is higher than the Kim. Single step kinetics were not able to keep the lifted flame.Towards the experimental results, 2-step model predicts the flame in downward and Kim mechanism estimates the flame in the upward.

کلیدواژه‌ها English

Combustion Simulation
Methane
Chemical Kinetic
OpenFoam
PaSR