شبیه سازی عددی احتراق غیرپیش آمیخته و تاثیر تغییرات نسبت دبی جرمی هوای همسو به سوخت بر پایداری شعله، راندمان احتراق و شاخص های آلاینده

بهینه سازی عملکرد مشعل های غیرپیش آمیخته برای دستیابی همزمان به راندمان حرارتی بالا، انتشار پایین آلاینده ها و حفظ پایداری عملیاتی قوی، نیازمند ابزارهای پیش بینی دینامیک سیالات محاسباتی است که تعاملات آشفتگی-شیمی (TCI) در ریز مقیاس را با دقت مدل سازی کنند. مدل های متداول میانگین گیری رینولدز ناویر-استوکس اغلب در ثبت اثرات ریزمقیاس، برای پیش بینی تشکیل NOx حرارتی و پدیده های نزدیک به خاموشی دچار ضعف هستند. این مطالعه با به کارگیری یک رویکرد دوگانه عددی، یک حل کننده RANS تطبیق یافته را با چارچوب شبیه سازی بزرگ گردابه ها (LES) مجهز به مدل منیفولد تولید شده توسط شعله (FGM) و مکانیسم سینتیک GRI-Mech ۳.۰ جفت کرده و هر دو را در برابر داده های تجربی اعتبارسنجی می کند. این روش ترکیبی برای پیش بینی عملکرد یک مشعل هم جریان سوخت-هوا تحت تغییرات سیستماتیک نسبت جریان جرمی هوا به سوخت (MFR) استفاده شده است. تجزیه و تحلیل زمان-فرکانس نوسانات سیالاتی و ترمودینامیکی، یک ناپایداری هیدرودینامیکی غالب با فرکانس پایین (۱۰–۵۰ هرتز) را شناسایی کرد که به ریزش گردابه ها در ناحیه جدایش جریان مربوط می شود. نتایج کمی نشان داد که در حالی که جریان هوای همسو، راندمان تبدیل کربن را تا MFR=۵ بالای ۸۰٪ حفظ می کند و انتشار NOx را از طریق رقیق سازی حرارتی به شدت کاهش می دهد، افزایش نسبت رقیق سازی منجر به کاهش پایداری حرارتی و افزایش خطر نوسانات هیدرودینامیکی پایدار می شود. این رویکرد مدل سازی مقایسه ای، یک چارچوب پیش بینی قوی برای طراحی مشعل های صنعتی ایمن تر و کارآمدتر ارائه می دهد. مدل LES-FGM دقت برتری در ثبت TCI، مرزهای پایداری شعله و حساسیت NOx حرارتی نسبت به RANS، به ویژه در نواحی با کرنش بالا، نشان داد.

کلیدواژه ها:

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