بررسی دینامیک جریان برشی محوری گذر-بحرانی در شعله کرایوژنیک متان-اکسیژن مایع و هیدروژن _اکسیژن مایع با استفاده از SLFM گاز واقعی

در مقاله حاضر، دینامیک جریان شعله­ های گذربحرانی برشی محوری متان-اکسیژن مایع و هیدروژن-اکسیژن مایع مورد بررسی قرار گرفته است. به­­ منظور صحه­ گذاری، نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است. از مدل k-ε استاندارد برای شبیه­ سازی آشفتگی استفاده شده است. به­ منظور برهمکنش احتراق و آشفتگی، از مدل فلیملت پایا (SLFM) با جداول گاز واقعی استفاده شده است. جداول مربوط به مدل فلیملت در شرایط گاز واقعی از نرم­افزار منبع باز کانترا استخراج شده است. در ابتدا مشاهده می­ شود که علی­رغم تفاوت قابل ­توجه در فضای فیزیکی بین شرایط گاز واقعی و گاز ایدئال برای شعله متقابل در محیط کسر مخلوط تفاوت قابل ­توجهی وجود ندارد، با این حال، در شرایط نزدیک خاموشی تفاوت بین حال گاز واقعی و گاز ایدئال وجود دارد. با بررسی رفتار شعله گذربحرانی برشی محوری مشاهده می ­شود که تاثیر عمده در شکل شعله ناشی از تغییرات نسبت شار جرمی سوخت و اکسنده است. با افزایش میزان نسبت شار جرمی سوخت به اکسنده، به­ دلیل افزایش گرانروی آشفتگی و درنتیجه انتقال حرارت به هسته چگال اکسیژن، پدیده شبه ­جوشش با سرعت و نرخ بیشتری رخ می­ دهد و درنتیجه طول شعله کاهش می­ یابد. در شعله متان-اکسیژن مایع، به ­دلیل چگالی بیشتر متان، در نسبت شار جرمی­ های کمتر (در حدود ۵)، گردابه پیشانی شعله شکل می­ گیرد، در حالی که برای شعله هیدروژن در نسبت شار جرمی ۲۵ گردابه پیشانی شعله شکل می­ گیرد.

کلیدواژه ها:

پاشش گذر-بحرانی ، احتراق فرا-بحرانی ، پدیده شبه جوشش ، مدل فلیملت پایا ، نسبت شار جرمی سوخت و اکسنده