مطالعه عددی مشخصات جریان در یک محفظه احتراق پاشش مستقیم رقیق تک‌المان

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس تهران، دانشکده مکانیک

2 استاد ، دانشگاه تربیت مدرس تهران، دانشکده مکانیک

3 استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

10.22044/jsfm.2020.8538.2940

چکیده

مطالعه میدان جریان محفظه احتراق به تشخیص نواحی‌ مؤثر از لحاظ اختلاط سوخت و هوا، کمک می‌کند. هدف از این مقاله، بررسی ساختار جریان سرد در یک محفظه احتراق پاشش مستقیم رقیق تک‌المان است. در مطالعه و مدل‌سازی یک محفظه احتراق موتور توربینی، شناخت نواحی دارای چرخش، بازگردانی و متقارن‌شدن جریان درون محفظه به دلیل تاثیر بر میزان اختلاط سوخت و هوا و همچنین برای مطالعه دقیق جریان واکنشی حائز اهمیت است. در این نوشتار، اثر فشار عملکردی برمیدان جریان بسیار آشفته مطالعه شده است. از آن‌جایی که حل دینامیک سیالات محاسباتی مسائل واکنشی بسیار زمان‌بر است، انتخاب مدل آشفتگی‌ مناسبی که ضمن دقت مناسب، در زمان صرفه‌جویی کند لازم و ضروری است. با مقایسه نتایج محاسباتی مدل‌های آشفتگی k-ɛ Realizable و تنش رینولدز (RSTM) و بررسی خطاهای محاسباتی، حداکثر خطا برای مدل تنش رینولدز معادل 31 درصد و برای مدل k-ɛ Realizable معادل 37 درصد در مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی حاصل شد. تفاوت نتایج عددی مدل‌های آشفتگی نشان داد که مدل کم‌هزینه k-ɛ Realizable، در مورد مطالعاتی بررسی شده دقت قابل قبولی دارد و می‌توان از آن در مدل‌سازی جریان واکنشی یک محفظه احتراق LDI با جریان بسیار چرخشی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


[1] Olsson U (2006) Aerospace propulsion from insects to spaceflight.
[2] Tacina R (1990) Low NO (x) potential of gas turbine engines. in 28th Aerospace Sciences Meeting.
[3] Saboohi Z, Ommi F, Akbari MJATE (2018) Multi-objective optimization approach toward conceptual design of gas turbine combustor. Appl Therm Eng 148: 1210-1223
[4] Heath CM, et al. (2010) Optical characterization of a multipoint lean direct injector for gas turbine combustors: Velocity and fuel drop size measurements. in ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea, and Air.
[5] Lieuwen T, McManus K (2003) Introduction: Combustion dynamics in lean-premixed prevaporized (LPP) gas turbines. J Propul Power 19(5): 721-721.
[6] Mosier S, Pierce R (1980) Advanced combustion systems for stationary gas turbine engines: Volume I. Review and preliminary evaluation. EPA-600.
[7] El-Asrag H, Ham F, Pitsch H (2007) Simulation of a lean direct injection combustor for the next high speed civil transport (HSCT) vehicle combustion systems. Annual Research Briefs.
[8] Khosravy el_Hossaini M (2013) Review of the new combustion technologies in modern gas turbines, in Progress in Gas Turbine Performance. InTech.
[9] Alkabie H, Andrews G, Ahmad N (1988) Lean low NOx primary zones using radial swirlers. in ASME 1988 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition.
[10] Anderson DN (1981) Ultra-lean combustion at high inlet temperatures. in ASME 1981 International Gas Turbine Conference and Products Show.
[11] Hussain UA, et al. (1988) Low NOx primary zones using jet mixing shear layer combustion. in ASME 1988 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition.
[12] Ajmani K, Mongia HC, Lee P (2017) CFD evaluation of A 3rd generation LDI combustor. in 53rd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference.
[13] Fu Y, Jeng SM, Tacina R (2005) Characteristics of the swirling flow generated by an axial swirler. in ASME Turbo Expo 2005: Power for Land, Sea, and Air.
[14] Cai J, Jeng SM, Tacina R (2005) The structure of a swirl-stabilized reacting spray issued from an axial swirler. in 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.
[15] Tedder SA, et al. (2014) Fundamental study of a single point lean direct injector. Part I: effect of air swirler angle and injector tip location on spray characteristics. in 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference.
[16] Davoudzadeh F, Liu NS, Moder JP (2006) Investigation of swirling air flows generated by axial swirlers in a flame tube. in ASME Turbo Expo 2006: Power for Land, Sea, and Air.
[17] Dewanji D, et al. (2012) Investigation of flow characteristics in lean direct injection combustors. J Propul Power 28(1): 181-196.
[18] Ajmani K, Mongia H, Lee P (2013) Evaluation of CFD best practices for combustor design: Part I-Non-Reacting flows. in 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition.
[19] Dewanji D (2012) Flow characteristics in lean direct injection combustors. Delft: TU Delft Ph.D. Thesis.
[20] Wilcox DC (1998) Turbulence modeling for CFD. Vol. 2.: DCW industries La Canada, CA.
[21] German A, Mahmud TJF (2005) Modelling of non-premixed swirl burner flows using a Reynolds-stress turbulence closure. Fuel 84(5): 583-594.
[22] امی ا ع د ف ا (1395) بررسی اثر پارامترهای پاشش بر کاهش قطر قطرات در انژکتورهای دوپایه دوفاز مهندسی هوافضا. دانشگاه تربیت مدرس تهران.
[23] Anderson JD, Wendt J (1995) Computational fluid dynamics. Vol. 206. Springer.
[24] Tacina R, Mao CP, Wey C (2003) Experimental investigation of a multiplex fuel injector module for low emission combustors. in 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.