شبیه سازی عددی و مطالعه احتراق پیش آمیخته در مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد

در این تحقیق، احتراق پیش آمیخته در مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد، در یک محفظه متقارن محوری شبیه سازی عددی و مطالعه شده است. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. در این شبیه سازی از مکانیزم احتراقی چند مرحله ای کاهش یافته و مدل آشفتگی k-? تحقیق پذیر استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، نمونه ای آزمایشگاهی از این مشعل ساخته شده و مورد آزمون قرار گرفته است. نتایج عددی و داده های تجربی مطابقت خوبی با هم دارند. در این مطالعه ابتدا مکانیزم احتراق در محیط ترکیبی متخلخل- شعله آزاد تشریح شده است. سپس به مقایسه مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد و مشعل تمام متخلخل پرداخته شده است. اثر پارامترهایی مانند نسبت هم ارزی، چگالی حفره محیط متخلخل، پیش گرمایش مخلوط ورودی و شرایط حرارتی دیواره محفظه بر بیشینه توان حرارتی مشعل ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته و در مورد اثر هریک از پارامترهای فوق بر تولید آلاینده nox نمونه ای ارائه شده است. نتایج نشان داده است استفاده از مشعل ترکیبی متخلخل شعله- آزاد توان حرارتی را نسبت به مشعل تمام متخلخل افزایش و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. همچنین مشاهده شده است که افزایش چگالی حفره در یک تخلخل ثابت، توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. نتایج نشان داده است که با افزایش هوای اضافی و همچنین کاهش هوای استوکیومتری، محدوده توان حرارتی مشعل کاهش می یابد و بیشینه توان حرارتی با شعله پایدار در مخلوط رقیق سوخت و هوا (نسبت هم ارزی 0.9) بدست می آید. مشاهده شده است که پیش گرمایش مخلوط ورودی، محدوده توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. همچنین با ایجاد انتقال حرارت از دیواره محفظه، حدود پایداری شعله در نرخ آتش های پایین افزایش و در نرخ آتش های بالا کاهش می یابد و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت مخلوط ورودی، شعله مدفون به سمت پایین دست جریان حرکت می کند.