در تحقیق حاضر میدان جریان محترق درون محفظه احتراق توربین گازی، به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ و از نظر شیمیایی، به روش نرخ واکنش های شیمیایی مدل سازی و با تعریف شرایط مرزی مناسب جریان محترق در این محفظه حل شده است. معادلات حاکم در بخش های فرایند احتراق و فرایند انتقال جرم و فرایند جریان (گردابه های بزرگ) بر اساس حجم کنترل نوشته شده و سپس برای حل عددی، شبکه ی حل باسازمان یا ساختار یافته و از نوع جابه جا شده و مختصات استوانه ای در نظر گرفته شده است. سپس معادلات در شبکه مذکور گسسته سازی گردیده است. برای حل معادلات از الگوریتم quick استفاده گردیده و بر اساس این الگوریتم حل عددی انجام شده است. ابتدا برای راست آزمایی حل عددی، هندسه ی یک محفظه احتراق توربین گازی با شرایط مرزی کنترل شده که جواب های تحلیلی و تجربی آن معلوم بوده در نظر گرفته شده و حل عددی گردیده است سپس جواب ها با مدل تجربی و تحلیلی موجود مقایسه شده و با خطای قابل قبولی تایید گردیده است. در نهایت تأثیرات مشخصه های ورودی همانند انواع دمای هوا و سوخت و انواع میزان قدرت خروجی تولید شده در یک محفظه احتراق بر میزان nox حاصل از محصولات احتراق بدست آمده و با هم مقایسه گردیده است.

در این تحقیق به مطالعه شعله پس اختلاط counterflow در حالت جریان آرام پرداخته شده است. تحقیقات صورت گرفته در این پروژه را می توان به دو دسته تجربی و عددی تقسیم کرد. در قسمت تجربی، جهت انجام آزمایشات، مشعل counterflowطراحی و ساخته شده است. مشعل طراحی شده از دو تکه تشکیل شده که بصورت روبروی هم قرا گرفته اند. هر کدام از آنها شامل دو لوله هم محور با قطرهای مختلف می باشند که فاصله بین دو تکه را می توان تغییر داد. در آزمایشات انجام شده از ترموکوپل جهت اندازه گیری دما استفاده شده است. قسمت عددی بوسیله نرم افزار fluent انجام شده است. در هر دو قسمت عددی و آزمایشگاهی اثر عوامل مختلف، از قبیل رقیق سازی سوخت و هوا با گازهای نیتروژن و دی اکسید کربن به ازای دو سوخت گاز شهری و پروپان، در موقعیت و خاموش شدن شعله مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق نتایج بدست آمده گاز دی اکسید کربن از قدرت رقیق سازی بالاتری نسبت به نیتروژن برخوردار می باشد. همچنین جهت بررسی صحت نتایج ارایه شده در هر قسمت، مقایسه با تحقیقات معتبر دیگر انجام شده است. نتایج آزمایشگاهی و عددی نیز مورد مقایسه قرار گرفته اند. تحقیقات انجام شده در این پروژه را می توان در موارد دیگر با تغییر در فاصله بین دو نازل و استفاده از هوای پیش گرم شده تکرار کرد.

در این پایان نامه، پس از بررسی مختصر ادبیات مدیریت درآمد و موارد کاربرد آن به بررسی خط مشی بهینه جهت تخصیص بهترین ظرفیت و تعیین بهترین استراتژی قیمت گذاری و تخصیص زمان به طور همزمان برای هر دسته از مشتریان استفاده کننده از یک شبیه ساز پرواز پرداخته شده است. در مرحله اول در بخش مدل سازی ابتدا صرفاً یک مدل کنترل تخصیص ظرفیت بدون در نظر گرفتن هیچ گونه رابطه ای میان قیمت و تقاضا توسعه داده شده و آنگاه با روش برنامه ریزی پویای پیوسته زمان گسسته حل گردید. سپس در مرحله دوم جهت توسعه مدل یک رابطه مشخص میان قیمت و تقاضا برای هر دسته مشتری معرفی گردید و مجدداً مدل به کمک روش برنامه ریزی پویا حل شد. مدل ارایه شده پس از حل به یک دستگاه n معادله و n مجهول ساده منتهی گشت. استراتژی بهینه معرفی شده در این پایان نامه که توسط این دستگاه معادلات پیدا می شود ضمن سادگی و قابلیت کاربرد بالا قادر است به شکل همزمان بهترین قیمت فروش و بهترین ظرفیت تخصیص داده شده جهت فروش را برای هر دسته مشتری محاسبه نماید. لازم به ذکر است که مدل ارایه شده در این پایان نامه به سادگی در بسیاری از سیستم های رزرواسیون بلیط درشرکت های هواپیمایی ، کنترل و بهینه نمودن فروش صندلی های خطوط هوایی و همچنین صنعت هتل داری و صنایع قابل پیاده سازی و اجراست.

یکی از اهداف صنعت هوافضا، کاهش هزینه عملیات های فضایی به خصوص برای مقرون به صرفه کردن سفرهای فضایی به ماوراء جو از دیدگاه اقتصادی می باشد. موتورهای اسکرم جت به دلیل استفاده از اکسیژن موجود در جو به عنوان اکسید کننده ، موجب کاهش وزن موتور و در نتیجه کاهش هزینه های عملیاتی می گردند، لذا پیشرفت و توسعه این فناوری از اهداف مهم صنعت هوافضا به شمار می آید.ولی برخی مشکلات مانع صنعتی شدن این تکنولوژی شده است. یکی از مشکلات اساسی این نوع تکنولوژی ایجاد اشتعال و استفاده از یک شیوه مناسب برای پایداری شعله می باشد. با روشهای مختلفی می توان شعله پایدار نمود از جمله استفاده از پله و یا حفره که با ایجاد یک ناحیه گردابه ای محیط مناسبی پایدار نمودن شعله فراهم می نماید . اما برای ایجاد اشتعال در این شیوه ها به یک سیستم مجزا نیز نیاز دارد. این شیوه ها، شیوه های غیر فعال می نامند. جت پلاسما یک شیوه نوین محسوب می شود که ضمن ایجاد اشتعال یک شرایط مناسب برای پایداری شعله نیز فراهم می آورد.در این پروژه به مطالعه عددی جت پلاسما و تاثیر آن روی ایجاد اشتعال و پایداری شعله هیدروژن پرداخته شده است. در این راستا تاثیر نوع گاز مصرفی جت پلاسما ، مکان تزریق جت پلاسما نسبت به مکان تزریق جت سوخت ، افزایش توان الکتریکی ورودی جت پلاسما و استفاده همزمان از دو جت پلاسما روی پایداری شعله مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر استفاده همزمان از پله و جت پلاسما را روی پایداری شعله بررسی کرده و در این راستا افزایش ارتفاع پله نیز مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. برای مطالعه عددی از یک کد عددی، از روش تی وی دی ضمنی بالادستی با دقت مرتبه دو به همراه روش مشخصه های محلی به منظور شبیه سازی جریان غیر دایم و چند بعدی سیال توام با واکنش شیمیایی در دستگاه مختصات منحنی الخط عمومی استفاده شده است. برای شبیه سازی جریانهای توربولانس از مدل توربولانس بالدوین – لومکس استفاده شده است.

در پروژه حاضر به مطالعه عددی اشتعال در هوای داغ و انتشار شعله ماتریس قطرات سوخت پرداخته شده است. بدین منظور یک کد محاسباتی دوبعدی بر پایه الگوریتم mac و روش گسسته سازی تفاضل محدود تهیه شده؛ همچنین برای مدلسازی فرایند احتراق از مدل نرخ محدود استفاده شده است. در بخش اول این پایان نامه مطالعه عددی پخش شعله در ماتریس قطرات سوخت هپتان نرمال در شرایط بی وزنی در دمای مختلف محیط 300، 500 و 650 کلوین و برای s/d0 از 3 تا 8 که s فاصله بین قطرات و d0 قطر اولیه آنها می باشد انجام شده است. مدهای پخش شعله با تغییر s/d0 و دما تغییر می کند. استفاده از مدل واکنش بهتر و در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعی به نتایج حاصل را به نتایج تجربی نزدیکتر می کند. با افزایش درجه حرارت محیط و به دلیل افزایش انتقال حرارت محیط به قطره، دمای سطح قطره بالا تر رفته و لایه گاز قابل اشتعال توسعه می یابد در نتیجه نرخ انتشار شعله در دمای بالاتر محیط افزایش می یابد. می توان گفت که دمای محیط نقش کلیدی هم در مد پخش شعله و هم در نرخ پخش شعله دارد. . مقایسه ای که بین نتایج عددی و نتایج تجربی انجام گرفته است نشان می دهد که تشابه کیفی بین این دو بر قرار است. در بخش دوم اشتعال ماتریس قطرات سوخت در هوای داغ و تاثیر فراریت سوختهای مختلف بر این اشتعال مطالعه شده است. در مطالعات تجربی قبلی نشان شده است که رفتارهای مختلفی به ازای فراریت سوخت در اشتعال ماتریس قطرات سوخت در هوای داغ وجود دارد و هدف از این کار روشن ساختن این رفتارها به وسیله حل عددی می باشد. بدین منظور حل عددی ماتریس قطرات سوخت با قطر 1 میلیمتر و فاصله های مختلف از 5 تا 15 میلیمتر برای سوخت پنتان نرمال و هگزادکان نرمال در دمای 950 کلوین و برای سوخت هپتان نرمال در دمای 925 کلوین مطابق مطالعات تجربی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که زمان اشتعال با کم کردن فاصله قطرات در ماتریس برای سوختهای فرار کوتاه تر از قطره جدا وبا کاهش بیشتر فاصله زمان اشتعال افزایش می یابد. برای سوختهایی با فراریت کم مانند هگزادکان زمان اشتعال کلا با افزایش فاصله قطرات کاهش می یابد. روند نتایج حاصله با کارهای تجربی تطابق کیفی دارد و با بهبود مدل مانند اضافه نمودن تشعشع و استفاده از سینتیک شیمیایی کاملتر به نتایج تجربی نزدیکتر می شویم.در حالتیکه زمان اشتعال ماتریس قطرات از زمان اشتعال قطره جدا کمتر باشد یعنی برای سوختهای فرار کانتورهای دما نشان می دهد که مکان اشتعال در ماتریس در بالای قطرات و به صورت بهم پیوسته مانند سیلندر است. برای سوختهای با فراریت کم مکان اشتعال از سوختهایی دیگر به دلیل اینکه قسمت بیشتر زمان اشتعال آن صرف تبخیر قطره های سوخت شده بالاتر می باشد.

تلاش این مجموعه بررسی تکنیک هایی است که به منظور یافتن مقادیر بهینه ی ضرایب نرخ واکنش برای یک مکانیزم واکنش داده شده مورد استفاده قرار می گیرند. هر چند روش های گرادیانی به خوبی مورد استفاده قرار می گیرند اما این مجموعه بر روی الگوریتم های تکاملی هوشنمند که در سالهای اخیر به وجود آمده اند و عملکرد بهتری نسبت به روش های کلاسیک دارند تمرکز می کند. بر خلاف روش های سنتی با پایه ی گرادیانی، یکی از مهمترین خصوصیات تکنیک های هوشمند محاسباتی مانند الگوریتم ژنتیک، توانایی و قابلیت اجرایی آن در مواجهه با اطلاعات مخدوش و نامناسب و آمیخته به اختلالات است. در این روشها، کمترین تلاش انسانی و حداقل دانش در رابطه با جزییات مکانیزم های شیمیایی نیاز است تا مقادیر بهینه برای ضرایب نرخ واکنش تولید شوند در این مجموعه، کاربرد الگوریتم ژنتیک در سیستم های شیمیایی که احتراق متان را پوشش می دهند، نشان داده می شود.

در پروژه حاضر به مطالعه تجربی و عددی اثر رقیق سازی و پیش گرم اکسیژن بر ساختار شعله نفوذی پروپان و گاز طبیعی پرداخته شده است. قسمت تجربی به دوبخش مجزا تقسیم شده است. بخش اول به مطالعه اثر رقیق سازی و پیش گرم اکسیدکننده اکسیژن روس ساختار شعله نفوذی آرام گاز طبیعی و پروپان پرداخته شده است. در این قسمت مشاهده شد که رقیق سازی سبب کاهش درجه حرارت ماگزیمم شعله و کاهش پایداری و در نهایت برخاستگی و فرار شعله میشود. پیش گرم کردن جریان اکسیدکننده همراه با رقیق سازی همزمان آن با گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن سبب پایداری بیشتر نسبت به فرآیند رقیق سازی میشود. پیش گرم جریان اکسیدکننده سبب بالاتر رفتن ماکزیمم درجه حرارت شعله نیز میشود. در بخش دوم به مطالعه تجربی روی ساختار شعله دیفیوژن در جریان گذار و توربولنت پرداخته شده است. مشاهده شد که با افزایش عدد رینولدز سوخت در امتداد شعله آرام یک نقطه گذار مشاهده میشود که در پایین دست آن، شعله وارد فاز توربولنت میشود. در نقطه گذار به علت بالا رفتن ناگهانی نرخ انتقال جرم و حرارت منطقه واکنش گسترش ناگهانی دارد. با افزایش عدد رینولدز جریان سوخت، به مرور نقطه گذار به سمت نازل سوخت نزدیک میشود. تا اینکه سرانجام به نقطه ای میرسد که دیگر افزایش عدد رینولدز جریان سوخت تاثیری روی مکان نقطه گذار ندارد. در آزمایشات در محدوده جریان گذرا و توربولنت دو حد مجزای پایداری مشاهده شد. اولین مورد جدایش شعله است که بسیار آشنا است. مورد دوم، خاموشی قسمت توربولنت شعله در نقطه گذار از جریان آرام به توربولنت است. در قسمت عددی هم بوسیله یک کد عددی آزمایشات شعله آرام گاز طبیعی مدل شده است. در درصدهای پایین رقیق سازی انطباق خوبی بین نتایج حاصل از کار عددی با نتایج تجربی ملاحظه میشود. با افزایش درصد رقیق سازی نتایج عددی از کار تجربی فاصله میگیرد که این مورد به علت استفاده از مکانیزم کلی برای احتراق متان است که بدلیل نادیده انگاشتن تولید و مصرف اجرای میانی در احتراق سبب انحراف از نتایج تجربی میشود. ثابت در نظر گرفتن ضریب نفوذ جرمی مخلوط هم عامل دیگری است که در درصدهای بالای رقیق سازی سبب انحراف از نتایج تجربی میشود.

در این تحقیق، روش شبکه های عصبی مصنوعی برای مدلسازی فرآیند احتراق متان – هوا مورد استفاده واقع شده است. در بخش اول، از شبکه های عصبی مصنوعی برای مدلسازی تغییرات زمانی گونه های شیمیایی در احتراق متان - هوا استفاده شده است و در بخش دوم از شبکه عصبی برای مدلسازی محفظه احتراق توربین گاز با شعله مغشوش پس مخلوط متان- هوا استفاده شده است. توانایی این شبکه ها در تخمین کمیات شیمیایی و مقادیر مختلف میدان جریان نشان داده شده است. هدف، به دست آوردن مدلی برای توزیع شعاعی مشخصات مختلف شعله مغشوش، مانند دما و کسر جرمی گونه های شیمیایی در مقاطع مختلف محفظه احتراق توربین گاز می باشد. شبکه عصبی مصنوعی، یک سیستم با ساختار دینامیکی موازی می باشد و مدلسازی بوسیله شبکه عصبی مصنوعی، آموزش دادن سیستم محاسباتی برای درک قوانین حاکم بر فیزیک مسیله و تولید یک مدل می باشد. در واقع هدف مدل، تولید یک نسخه تخمینی از سیستم واقعی می باشد که خصوصیات اصلی سیستم در آن حفظ شده باشد. از آنجا که شبکه عصبی در مرحله آموزش برای سازگار نمودن ضرایب وزنی خود نیازمند الگوهای آموزشی ورودی- خروجی می باشد، روش تابع احتمال دانسیته برای محاسبه مشخصات شعله و در نتیجه به دست آوردن الگوهای آموزشی به کار گرفته شده است. در رهیافت تابع احتمال دانسیته، فرض شیمی تعادلی برای احتراق در نظر گرفته شده است که به معنی وجود واکنشها و گونه های شیمیایی میانی در واکنش سوخت و اکسیدکننده می باشد. الگوریتم مورد استفاده برای آموزش شبکه از نوع خطای پس انتشار با سرپرست می باشد. شبکه عصبی مورد استفاده از نوع پیشخور با دو لایه پنهان می باشد که برای استحصال شبکه بهینه، شبکه های مختلفی با تعداد لایه های پنهان متفاوت مورد استفاده واقع گردیده و شبکه با بهترین عملکرد، چه به لحاظ ساختار و چه به لحاظ میزان دقت خطا مورد استفاده قرار گرفته است.

پیشرفت های اخیر در توسعه سامانه های پیشران مورد استفاده در فضاپیماهای ماوراء صوت موجب استفاده گسترده از روشهای عددی برای مطالعه میدان جریان در داخل این سامانه ها شده است. هدف از پژوهش حاضر، توسعه یک کد عددی سه بعدی به منظور مطالعه پدیده های اختلاط و احتراق در جریان موجود در داخل موتور اسکرمجت می باشد. بدین منظور یک کد محاسباتی سه بعدی که جریان مافوق صوت توام با واکنش شیمیایی را با استفاده از خواص گازهای واقعی شبیه سازی می نماید، توسعه داده شده است. در این کد، از روش تی وی دی ضمنی بالادستی با دقت مرتبه دو به همراه روش مشخصه های محلی به منظور شبیه سازی جریان غیر دایم و چند بعدی سیال توام با واکنش شیمیایی در دستگاه مختصات منحنی الخط عمومی استفاده شده است. معادلات حاکم بر بقای اجزاء و جریان سیال به صورت کاملا پیوسته و به روش ضمنی ،با استفاده از روش ال یو – اس اس او آر ، حل می شوند. برای جریانهای توربولانس، ترمهای مجهول با استفاده از مدلهای توربولانس جبری و دو معادله ای محاسبه می شوند. همچنین برای محاسبه بردارهای انتقال حرارت و جرم ناشی از نوسانات جریان توربولانس از مقادیر ثابت برای اعداد اشمیت و پرانتل توربولانس استفاده شده است. نرخ تولید اجزاء نیز به وسیله یک مکانیزم شیمیایی برای احتراق هیدروژن و هوا که حاوی 9 جزء و 37 مرحله واکنش می باشد، و با استفاده از روابط موجود برای محاسبه نرخ تولید اجزاء در جریانهای لایه ای محاسبه می شود. گرچه محاسبه نرخ تولید اجزاء با استفاده از روابط موجود برای جریانهای لایه ای، برهمکنش میان جریان توربولانس و واکنشهای شیمیایی را در نظر نمی گیرد، تحقیقات نشان داده که خطای ناشی از استفاده از این روش در جریانهای با سرعت بالا بسیار کمتر از خطای تولید شده در جریانهای با سرعت پایین می باشد. به منظور بررسی دقت محاسبات کد حاضر نتایج به دست آمده از این کد، برای میدانهای جریان ناشی از تزریق جت نیتروژن در داخل جریان مافوق صوت هوا و عبور جریان مافوق صوت مخلوط استوکیومتریک هیدروژن و هوا از یک رمپ فشاری در داخل یک کانال، با نتایج به دست آمده از مطالعات تجربی و عددی انجام شده توسط دیگر پژوهشگران مقایسه شده است. در انتها نیز کد محاسباتی، به منظور مطالعه احتراق ناشی از تزریق جت هیدروژن در داخل جریان مافوق صوت هوا در داخل یک کانال مورد استفاده قرار گرفته است.

یکی از انواع شعله ،بگونه ایست است که در آن بر خلاف شعله های پیش مخلوط، سوخت و اکسید کننده قبل از رسیدن به محفظه احتراق، مخلوط نمی شوند وبعبارت دیگر اختلاط سوخت و اکسیدکننده در مقایسه با شدت واکنشها کند می باشد. لذا اختلاط، شدت سوختن را کنترل می کند. اغلب سیستم های عملی احتراق در این طبقه بندی قرار می گیرند و اصطلاحاً شعله نفوذی نامیده می شوند . چرا که سوخت و اکسید کننده در یک منطقه واکنش از طریق نفوذ مولکولی و تلاطمی به هم می رسند.این نوع شعله بدلیل کاربردهای صنعتی آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و بسیاری از کوره های صنعتی و تجهیزات حرارتی از نوعی شعله نفوذی بهره می گیرند . لذا کنترل پارامترهای شعله نفوذی نظیر میزان تولید nox، طول شعله، پایداری آن، حد blow out شعله، میزان برخاستگی آن و ... مهم و مورد توجه می باشد. در همین راستااز اهرمهای مختلفی نظیر سرعت جریان ، رقیق سازی ، پیش گرم کردن ، هندسه مشعل ، فشار و گرانش می توان جهت کنترل شعله بهره جست .از پرکاربردترین این موارد رقیق سازی و پیش گرم کردن می باشد.پیش گرم کردن اکسید کننده موجب ایجاد شعله پایدار درمحدوده نسبت اختلاط های مختلف شده ودر شعله حاصل توزیع دما یکنواختر ، منطقه واکنش وسیعتر و لذا راندمان احتراقی بالاتر است . هر چند پیش گرم کردن خود به تنهایی موجب افزایش دمای محصولات احتراق ودر نتیجه افزایش تولید nox حرارتی و مشکلات اجرایی در کوره ها خواهد شد ولی این اثر توسط رقیق سازی جبران می شود و در نهایت با پیش گرم کردن و رقیق سازی همزمان هوا به نتایج مطلوبی بدست خواهد آمد. لذا با توجه به اهمیت و کاربرد گسترده شعله نفوذی و اهمیتی که سوخت گاز طبیعی دارد، در تحقیق جاری با راه اندازی یک setup مناسب بررسی شعله نفوذی coflow گاز طبیعی مورد توجه قرار گرفته است و با انجام آزمایشات گوناگون اثرات سرعت خروجی سوخت و هوا ، رقیق سازی هوا و اکسیژن با n2 وco2 و اثرات پیش گرم کردن اکسید کننده بر شعله در حالات مختلف سرعت و رقیق سازی مطالعه و به مقایسه نتایج در حالات مختلف پرداخته شده است . همچنین توسط نرم افزار fluent مدلسازی عددی آزمایشات صورت گرفته و نتایج تجربی و عددی مقایسه شده است . در طول آزمایشات پدیده های جالبی از جمله تغییر رژیمهایی در شعله مشاهده شد که روند تحقیقات را بسمت خود معطوف نمود.