ارائه مدل ماکروسکوپیک اغتشاشی برای جریان در ماده متخلخل

یکی از روشهایی که اخیرا برای رفع نقایص مربوط به سیستمهای مرسوم احتراقی مورد توجه قرار گرفته است استفاده از مشعلهای متخلخل می¬باشد. در این حالت فرایند احتراق در یک ناحیه مشخص درون و یا روی ماده متخلخل (pm) پایدار می¬گردد و انتقال حرارت به ناحیه پیش‏گرمایش جبهه شعله توسط هدایت و تشعشع صورت می¬پذیرد. حرارت منتقل شده موجب گرم¬شدن جسم جامد شده و در نتیجه گرم¬شدن مخلوط گازی می¬شود. از فواید احتراق در مواد متخلخل می¬توان به اندازه مشعل فشرده‏تر به دلیل دانسیته توان حرارتی بالاتر، پایداری شعله در این نوع احتراق و راندمان تشعشعی بالاتر اشاره کرد. به همین علت مطالعات عددی و تجربی زیادی در سالهای اخیر به این موضوع اختصاص داده شده است. انحراف نتایج عددی گزارش شده از نتایج تجربی در مقادیری مانند سرعت سوزش و آلاینده دی اکسید نیتروژن توسط محققین گزارش شده است. عدم در نظر گرفتن اغتشاش در شبیه¬سازی عددی به عنوان یکی از دلایل این عدم تطابق در منابع ذکر شده است. بنابراین، تعدادی معدودی از مطالعات در سالهای اخیر به شبیه¬سازی مشعل متخلخل با در نظر گرفتن اثرات اغتشاش اختصاص داده شده است. در تمامی این تحقیقات از معادلات میانگین¬گیری شده در داخل ماده متخلخل برای شبیه¬سازی جریان مغشوش واکنشی استفاده شده است. معادلات میانگین¬گیری شده برای جریان مغشوش در داخل ماده متخلخل شامل جمله¬هایی می¬باشند که برای آنها مدلهای مختلفی ارایه شده است که منجر به جوابهای متفاوت می شود. از این رو در این تحقیق شبیه¬سازی مقیاس حفره ی جریان واکنشی مغشوش به منظور مطالعه اثرات اغتشاش بر روی جریان واکنشی در داخل ماده متخلخل انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه¬سازی مقیاس حفره در تحقیق حاضر با نتایجی که از معادلات میانگین¬گیری شده به دست آمده¬اند کاملا متفاوت است. با بررسی معادلات میانگین¬گیری شده نشان داده خواهد شد که این معادلات برای جریانهای مغشوش با عدد رینولدز پایین مانند جریان واکنشی مناسب نیستند. سپس یکی از معادلات ماکروسکوپیک ارایه شده برای جریان مغشوش در داخل ماده متخلخل برای جریان واکنشی اصلاح خواهد شد. پس از آن و در ادامه تحقیق حاضر مدلی ماکروسکوپیک برای جریان مغشوش با اعداد رینولدز پایین مانند جریان واکنشی در داخل ماده متخلخل ارایه شده است. سرانجام نشان داده شده است که نتایج به دست آمده از مدل¬های حاضر در تطابق کامل با نتایج حاصل از شبیه¬سازی مقیاس حفره قرار دارند.