مدل سازی عددی احتراق هیدروژن در محیط های متخلخل با سینتیک مفصل

مشعل های محیط متخلخل در مقایسه با مشعل های شعله ی آزاد دارای مزایای عمده ای از جمله تشکیل شعله ی پایدار در محدوده ی گسترده تری از نسبت های استوکیومتری و دبی های ورودی، قابلیت استفاده از سوخت های با ارزش حرارتی پایین و تولید کمتر آلاینده های محیط زیست می باشند. در این تحقیق احتراق پیش مخلوط و آرام مخلوط های هیدروژن-هوا در یک محیط متخلخل مدل سازی شده است. محیط متخلخل خنثی، ایزوتروپیک و همگن در نظر گرفته شده است. شبیه سازی به صورت دو بعدی و غیر دائمی صورت گرفته است. از یک سینتیک مفصل 23 مرحله ای برای محاسبه ی نرخ واکنش های احتراق و تولید no استفاده شده است. انتقال حرارت همرفتی بین فازهای جامد و گاز با استفاده از یک رابطه ی تجربی برای ضریب انتقال حرارت حجمی مدل شده است. از تقریب دیفیوژن برای مدل سازی انتقال حرارت تشعشع در محیط متخلخل بهره گرفته شده است. تمامی خصوصیات فیزیکی مخلوط گاز به صورت توابعی از دما و ترکیب مخلوط در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر پایه روش حجم محدود گسسته سازی شده و در نرم افزار اپن فوم حل شده اند. با انجام مدل سازی مقدار گونه های شیمیایی مختلف محاسبه شده، و تأثیر پارامترهایی نظیر نسبت هم ارزی و زاویه ی واگرایی محیط متخلخل مشعل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل حاکی از افزایش دما و مقدار آلاینده ی no می باشد، وقتی که نسبت هم ارزی به طرف مقدار 1 تغییر داده می شود. محدوده ی شعله ی پایداری نسبت های هم ارزی 1 تا 2/1 به حداکثر مقدار خود می رسد. محدود ه ی پایداری و مکان شعله بر حسب نرخ آتش و زاویه ی واگرایی محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که حد برگشت شعله قدری به نرخ آتش وابسته است، در حالی که پرش شعله وابستگی بیشتری به این پارامتر نشان می دهد. زاویه ی واگرایی محیط متخلخل تاثیر زیادی بر محدوده ی پایداری شعله نداشته، اما موقعیت شعله در محدوده ی پایدار خود توسط این زاویه هم تحت تاثیر قرار می گیرد.