مدل سازی و شبیه سازی رفتار شعله با استفاده از مدل های احتراقی فلیملت پایا و گذرا

کاهش آلاینده های محیط زیست ناشی از احتراق در سیستم های نیرو محرکه، یکی از چالش های اساسی محققان می باشد. پیش بینی دقیق محصولات و درجه حرارت میدان احتراق برای اطلاع از منابع این آلایندهها، امری ضروری است. به همین دلیل در سال های اخیر شبیه سازی جریان های احتراقی مغشوش مورد توجه واقع شده است. برای شبیه سازی این جریانها به یک مدل احتراقی مناسب، نیاز می باشد. مدل فلیملت به دلیل ویژگی های متعدد از جمله جدا نمودن واکنش های شیمیایی از میدان جریان مغشوش، یکی از مهم ترین و پرکاربردترین مدل های ارائه شده در مقالات می باشد. هم چنین فرض حالت ناپایا درمدل سازی پدیده های پیچیده ی فیزیکی مانند انتقال حرارت تابشی و فرآیند های شیمیایی کند (تشکیل آلاینده ها)، نتایج بهتری نسبت به فرض حالت پایا بدست می آورد. هدف از این پژوهش مشاهده ی کاربرد مدل فلیملت پایا و ناپایا در شبیه سازی شعله های نفوذی مغشوش بلاف بادی و شعله ی جت می باشد. به همین منظور ابتدا یک بانک اطلاعاتی در حالت پایا برای دما و نسبت جرمی گونه های شیمیایی ایجاد می شود. این بانک اطلاعاتی از حل شعله های دیفیوژن ساده (فلیملت) با فرض عدد لوئیس واحد و غیر واحد در فضای نسبت مخلوط بدست می آید. اثرات آشفتگی بر روی فلیملت ها نیز به وسیله ی پارامترهای نسبت مخلوط و نرخ استهلاک اسکالر بر اساس تابع چگالی احتمال اعمال می شود. کنش و واکنش شیمیایی-توربولانس به وسیله ی انتگرال گیری کمیت های متفاوت بر مبنای تابع چگالی احتمال انجام می شود. با استفاده از این انتگرال گیری، مقادیر متوسط کسر جرمی گونه های شیمیایی و دما بدست می آید. اثرات گذرایی در مرحله ی پس پردازنده با استفاده از مدل فلیملت ناپایا در نظر گرفته می شود. در این مدل برای تولید فلیملت های ناپایا به نرخ استهلاک اسکالر میانگین مشروط وابسته به زمان، نیاز بوده که بوسیله ی در نظر گرفتن یک ذره ی ردیاب فلیملت ناپایا بدست می آید. هم چنین احتمال پیدا کردن فلیملت ناپایا بوسیله ی این ذره ی ساختگی، از حل نمودن یک معادله ی انتقال اسکالر ناپایا بر روی حل همگرا شده ی فلیملت پایا در کل منطقه ی حل، محاسبه می شود. پیش بینی های سرعت، نسبت مخلوط میانگین و واریانس آن با استفاده از مدل اصلاح شده ی k-? همخوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد. مقایسه ی محاسبات حالت پایا و ناپایا نشان می دهد که اثرات گذرایی تاثیر زیادی بر روی گونه های اصلی شامل oh نداشته و در نتیجه ساختار شعله می تواند بوسیله ی روش پایا یا ناپایا به خوبی پیش بینی شود. از این رو پیش بینی های دما و نسبت جرمی گونه های اصلی با استفاده از مدل فلیملت پایا همخوانی خوبی با نتایج تجربی دارد. ولی شبیه سازی های حالت پایا با استفاده از دو مکانیزم شیمیایی gri3.0 و gri2.11، نسبت جرمی گونه ی no را خیلی بیشتر از مقدار واقعی پیش بینی می نماید. . هم چنین مکانیزم gri3.0 با بکارگیری هر دو مدل فلیملت پایا و ناپایا no را بیش از حد پیش بینی می نماید. در عین حال، نسبت جرمی گونه ی no در مدل فلیملت ناپایا با استفاده از مکانیزم gri2.11 و درنظر گرفتن تشعشع، با داده های تجربی همخوانی خوبی دارد. در نتیجه اثرات گذرایی در فرآیند های کندی مانند تشکیل no و پدیده های پیچیده ای هم چون انتقال حرارت تابشی مهم می باشد.