شناسایی ناحیه تشکیل احتراق گروه قطره به‌وسیله پارامتر شاخص شعله در شعله اسپری جریان متقابل آرام

نوع مقاله : سایر مقالات

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 استادیار، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

چکیده

شبیه‌سازی عددی دوبعدی شعله اسپری در پیکربندی جریان متقابل آرام انجام شده و ناحیه تشکیل احتراق گروهی قطرات به وسیله پارامتر شاخص شعله برای نرخ کرنش، نسبت هم‌ارزی و قطر قطرات مختلف در نسبت هم‌ارزی‌های بالا تعیین شده است. از n-decane (C10H22) به عنوان یک سوخت اسپری مایع استفاده شده و یک واکنش کلی یک مرحله‌ای برای مدل واکنش احتراق به کار گرفته شده است. قطرات سوخت به صورت تصادفی با استفاده از یک کد UDF در ورودی هوا تزریق می‌شوند و حرکت قطره با روش لاگرانژ محاسبه شده است. با توجه به نتایج در نسبت هم‌ارزی‌های بالا، نرخ کرنش‌های بالا و قطرهای بزرگ قطرات، دمای مرکز شعله به دلیل سرکوب شدن واکنش‌ شیمیایی ناشی از کاهش کسرجرمی اکسیدکننده، افت پیدا می‌کند و رژیم غالب شعله در این حالت‌ها به صورت غیرپیش-آمیخته می‌باشد. احتراق گروه خارجی قطره در لایه بالا و پایین شعله رخ داده، و احتراق گروه داخلی در مرکز شعله اتفاق می‌افتد.
کلمات کلیدی: پیکربندی جریان متقابل، احتراق اسپری، احتراق گروه قطره، شاخص شعله.

کلیدواژه‌ها


[1]  Watanabe H, Kurose R, Hwang SM, Akamatsu F (2007) Characteristics of flamelets in spray flames formed in a laminar counterflow. Combust Flame 148(4): 234-248.
[2]  Saboohi Z, Ommi F, Fakhrtabatabaei A (2016) Development of an augmented conceptual design tool for aircraft gas turbine combustors. Int J Multiphys 10(1): 53-73.
[3]  Saboohi Z, Ommi F (2017) Emission prediction in conceptual design of the aircraft engines using augmented CRN. Aeronaut J 121(1241): 1005-1028.
[4]  Saboohi Z, Ommi F, Akbari MJ (2019) Multi-objective optimization approach toward conceptual design of gas turbine combustor. Appl Therm Eng 148: 1210-1223.
[5]  Watanabe H, Kurose R, Komori S, Pitsch H (2008) Effects of radiation on spray flame characteristics and soot formation. Combust Flame 152: 2-13.
[6]  Hayashi J, Watanabe H, Kurose R, Akamatsu F (2011) Effects of fuel droplet size on soot formation in spray flames formed in a laminar counterflow. Combust Flame 158(12): 2559-2568.
[7]  Hayashi J, Fukui J, Akamatsu F (2013) Effects of fuel droplet size distribution on soot formation in spray flames formed in a laminar counterflow. Proc Combust Inst 34(1): 1561-1568.
[8]  Alviso D, Rolon JC, Scouflaire P, Darabiha N (2015) Experimental and numerical studies of biodiesel combustion mechanisms using a laminar counterflow spray premixed flame. Fuel 153: 154-165.
[9]  Mikami M, Oyagi H, Kojima N, Wakashima Y, Kikuchi M, Yoda S (2006) Microgravity experiments on flame spread along fuel-droplet arrays at high temperatures. Combust Flame 146(3): 391-406.
[10] Mikami M, Mizuta Y, Tsuchida Y, Kojima N (2009) Flame structure and stabilization of lean-premixed sprays in a counterflow with low-volatility fuel. Proc Combust Inst 32(2): 2223-2230.
[11] Chiu HH, Liu TM (1977) Group combustion of liquid droplets. Combust Sci Technol 17(3-4): 127-142.
[12] Chiu HH, Kim HY, Croke EJ (1982) Internal group combustion of liquid droplets. Symp Combust 19(1): 971-980.
[13] Ag D (1998) A group combustion model for treating reactive sprays IN I. C. engines. 1857-1864.
[14] Candel S, Lacas F, Darabiha N, Rolon JC (1999) Group combustion in spray flames. Multiph Sci Technol 11(1).
[15] Nakamura M, Akamatsu F, Kurose R, Katsuki M (2005) Combustion mechanism of liquid fuel spray in a gaseous flame. Phys Fluids 17(12): 1-14.
[16] Orain M, Hardalupas Y (2014) Droplet characteristics and local equivalence ratio of reacting mixture in spray counterflow flames. Exp Therm Fluid Sci 57: 261-274.
[17] Mikami M, Saputro H, Seo T, Oyagi H (2018) Flame spread and group-combustion excitation in randomly distributed droplet clouds with low-volatility fuel near the excitation limit : A percolation approach based on flame-spread characteristics in microgravity. Microgravity Sci Tec.
[18] Fitriana L, Saputro H, Dewi AC, Setiawan AB, Bugis H (2019) Two-dimensional mathematical modeling of flame spread behavior of biodiesel droplet through the percolation approach. Aip Conf Proc 2194(1): 20029.
[19] Amin HMF, Roberts WL (2020) Investigating soot parameters in an ethane/air counterflow diffusion flame at elevated pressures. Combust Sci Technol  1-16.
[20] Pitsch H (2000) Unsteady flamelet modeling of differential diffusion in turbulent jet diffusion flames. Combust Flame 123(3): 358-374.
[21] Pitsch H, Peters N (1998) A consistent flamelet formulation for non-premixed combustion considering differential diffusion effects. Combust Flame 114(1-2): 26-40.
[22] Komori S (1999) Drag and lift forces on a rotating sphere in a linear shear flow. J Fluid Mech 384: 183-206.
[23] Kurose R, Misumi R, Komori S (2001) Drag and lift forces acting on a spherical bubble in a linear shear ¯ ow q. Int J Multiphas Flow 27: 1247-1258.
[24] Apte BSV, Mahesh K, Lundgren T (2003) A Eulerian-Lagrangian model to simulate two-phase / particulate flows. Minnesota Univ Minneapolis.
[25] Spray FIN (1986) High temperature gasdynamics laborato u department of mechanical engineering stanford university.
[26] ANSYS Fluent Theory Guide. no. January, 2017.
[27] Watanabe H, Kurose R, Hwang SM, Akamatsu F (2007) Characteristics of flamelets in spray flames formed in a laminar counterflow. Combust Flame 148(4): 234-248.
[28] Westbrook CK, Dryer FL (1984) Chemical kinetic modeling of hydrocarbon combustion. Prog Energy Combust Sci 10(1): 1-57.
[29] Son M, Yu K, Koo J, Kwon OC, Kim JS (2015) Effects of momentum ratio and weber number on spray half angles of liquid controlled pintle injector. J Therm Sci 24(1): 37-43.
[30] Turns SR (1996) An introduction to combustion. Vol. 499. McGraw-hill, New York.
[31] Yamashita H, Shimada M, Takeno T (1996) A numerical study on flame stability at the transition point of jet diffusion flames. InSymposium (International) on Combustion 27-34.
[32] Manqi Z (2010) Diphasic counterflow flame: Parametric study. Internship at CERFACS Toulouse, France.
[33] Kurose R (2004) CTR annual research briefs-2004. Cent Turbul Res.
[34] جواد خادم (1384) بررسی اثرات متقابل قطره سوخت با هوای داغ در محفظه احتراق. اولین کنفرانس احتراق ایران، تهران، دانشگاه تربیت مدرس.