مدلسازی عددی مشعل متخلخل استوانه ای با انتقال حرارت جانبی

در این پژوهش، انتقال حرارت جانبی از دیواره های مشعل متخلخل استوانه ای (تقارن محوری) و تأثیر آن بر رفتار حرارتی مشعل مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات حاکم در مختصات استوانه ای در جهت­های طولی و شعاعی برای گاز پیش مخلوط متان و هوا در شرایط مختلف حل شده اند. برای آن که بیشترین تأثیر اتلاف حرارت مورد بررسی قرار گیرد، از نسبت اختلاط استوکیومتریک که بیشترین دمای شعله را ایجاد می کنند و بیشترین اتلاف حرارت موجود را دارد، استفاده شده است. برای مقایسه نتایج عددی و تجربی، یک نمونه مخلوط رقیق مورد استفاده گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، فرض آدیاباتیک بودن دیواره ها و در نتیجه حل یک بعدی معادلات صحیح نیست. زیرا، در حالت آدیاباتیک چنانچه مشعل به صورت یک­بعدی شبیه سازی شود، گرادیان دمای جامد در نزدیکی دیواره مثبت به دست می آید که خلاف نتایج تجربی است. دلیل این رفتار را می توان تأثیرپذیری بیشتر نواحی مرکزی مشعل از انتقال حرارت تشعشعی مرز خروجی به اطراف مشعل دانست. وجود اتلاف حرارت به دست آمده از مدل­سازی عایق به کار رفته در آزمایش­های تجربی مشخص نمود که حدود 6% انرژی ورودی گاز توسط دیواره های جانبی تلف می شود. این اتلاف حرارت باعث کاهش کلی دما، به خصوص در نزدیکی دیواره، شده و حتی بیشینه دمای شعله را در خط تقارن محوری تحت تأثیر قرار می­دهد. کاهش حداکثر دمای شعله بر نتایج عددی نرخ تولید مونوکسید نیتروژن نیز اثر گذاشته و آن را به سمت مقادیر تجربی نزدیک تر می­کند.