مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه جریان واکنشی در ماده متخلخل در مقیاس حفره با در نظر گرفتن اثرات اغتشاش در جریان

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
این مقاله به بررسی شبیه‌سازی جریان واکنشی مخلوط هوا/متان در مقیاس حفره با هدف بررسی اثرات چند بعدی و توربولانس در مقیاس حفره می‌پردازد. ماده متخلخل در این مطالعه به صورت آرایش شطرنجی سیلندرهای مربعی شکل در نظر گرفته شده است. نتایج مربوط به انرژی جنبشی توربولانسی، دما، ساختار شعله، ضخامت شعله و سرعت شعله در نسبتهای هم‌ارزی متفاوت آورده شده‌اند. انرژی جنبشی توربولانسی در امتداد مشعل در اثر سیلندرهای جامد تولید شده و مقدار آن افزایش می‌یابد تا اینکه یک پرش ناگهانی را در مکان شعله در اثر افزایش سرعت به دلیل انبساط حرارتی ناشی از احتراق نشان می‌دهد. در تحقیق حاضر نشان داده شده است که در نسبتهای هم‌ارزی بالا اثرات توربولانس چشمگیر است. به دلیل افزایش اثر توربولانس در نسبتهای هم‌ارزی بالاتر روند تغییرات ضخامت شعله با نسبت هم‌ارزی بر خلاف جریان آرام می‌باشد و با افزایش نسبت هم‌ارزی ضخامت شعله افزایش می‌یابد. همچنین نشان داده شده است که سرعت شعله بی‌بعد و دمای اضافی در نسبتهای هم‌ارزی پایینتر به دلیل اتلاف حرارت کمتر از بالادست مشعل بیشتر از نسبتهای هم‌ارزی بالاتر است. ساختار دو بعدی شعله در داخل حفره‌های ماده متخلخل با استفاده از خطوط هم‌دما در این تحقیق نشان داده شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Pore scale study on the reacting flow in porous media including flow turbulence

چکیده English

This paper presents pore scale simulation of turbulent combustion of air/methane mixture in porous media to investigate the effects of multidimensionality and turbulence on the flame within pore scale. A porous medium consisting of a staggered arrangement of square cylinders considered here. Results of turbulent kinetic energy, temperature, flame thickness, flame structure and flame speed are presented and compared at different equivalence ratios. The turbulent kinetic energy increases along the burner because of turbulence created by the solid matrix with a sudden jump at the flame front due to increase of the velocity as a result of thermal expansion. Also, it is shown that at higher equivalence ratios, the effect of turbulence within porous burner is highly significant phenomenon. Due to higher turbulence effects in higher equivalence ratios, the flame thickness increases by increasing the equivalence ratio which is in opposite of the trend observed in laminar flow simulation. Also, it is shown that the dimensionless flame speed and excess temperature is higher at lower equivalence ratios due to lower heat loss to the cold upstream environment of burner. Two dimensional structure of flame in the pores of porous medium is shown in the present study via isotherm lines.

کلیدواژه‌ها English

Numerical simulation
Porous Burner
Pore scale
turbulence