شبیه سازی عددی احتراق غیر پیش آمیخته و تاثیر تغییرات جریان سوخت و هوا بر پایداری شعله، راندمان احتراق و شاخص های آلاینده

بهینه سازی سیستم های احتراق غیر پیش آمیخته برای راندمان بالا، انتشار گازهای گلخانه ای کم و پایداری قابل اعتماد، ابزارهای عددی پیش بینی کننده بسیار دقیقی را نیاز دارد. مدل های میانگین گیری شده رینولدز ناویر استوکس (RANS) اغلب در حل برهم کنش های آشفتگی شیمی در مقیاس ریز (TCI) که برای پیش بینی پدیده های نزدیک به انقراض و تشکیل آلاینده های حرارتی تحت رژیم های عملیاتی متنوع بسیار مهم هستند شکست می خورند. این مطالعه با به کارگیری و اعتبارسنجی یک رویکرد دوگانه با ترکیب RANS و شبیه سازی پیشرفته گردابه های بزرگ (LES) همراه با شیمی دقیق به این محدودیت ها می پردازد تا عملکرد یک مشعل سوخت هوا با جریان مشترک را تحت تغییرات سیستماتیک در نرخ جریان سوخت و هوا پیش بینی کند. مدل های عددی با دقت در برابر داده های تجربی مربوط به پروفیل های دمای متوسط، غلظت گونه های اصلی و ارتفاع شعله مشخصه اعتبارسنجی شده اند. متعاقبا، این مطالعه تاثیر تغییر نسبت مومنتوم سوخت به هوا را بر شاخص های عملکرد اصلی راندمان حرارتی، حاشیه پایداری شعله، محدودیت های فوران و شاخص های کلیدی آلاینده کمی می کند. نتایج نشان می دهند که در حالی که RANS پیش بینی های کافی برای میانگین راندمان ارائه می دهد، LES دقت بسیار بالاتری در نقشه برداری از مرز پایداری فوران و پیش بینی انتشار NOX حساس به دما، به ویژه هنگامی که سیستم نزدیک به آستانه انقراض کرنش بالا کار می کند نشان می دهد. تجزیه و تحلیل جامع نمودارها نشان می دهد که افزایش مومنتوم سوخت راندمان را افزایش می دهد اما پایداری حرارتی را به شدت به خطر می اندازد و تولید NOX را افزایش می دهد. این رویکرد مدل سازی مقایسه ای، یک روش پیش بینی قوی برای طراحی مشعل صنعتی ایمن تر و کارآمدتر ارائه می دهد.

Keywords:

شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) , مدل سازی احتراق RANS , پایداری شعله غیر پیش آمیخته , مشعل جریان همسو , راندمان , احتراق , شاخص انتشار آلاینده , اعتبارسنجی عددی