شبیه سازی عددی شعله های جزئی پیش مخلوط مغشوش
چکیده
شعله های صنعتی را از نظر نوع اختلاط سوخت و هوا می توان به دو نوع شعله های پیش مخلوط و غیر پیش مخلوط (دیفیوژن) تقسیم کرد. در شعله های پیش مخلوط سوخت و هوا قبل از احتراق با یکدیگر مخلوط می شوند و در شعله های غیر پیش مخلوط، سوخت و هوا در سطح شعله با یکدیگر مخلوط می شوند. شعله های پیش مخلوط دارای راندمان احتراقی بیشتر و آلاینده های کمتر می باشند اما به دلیل احتمال انفجار در بیشتر تجهیزات صنعتی از شعله های غیر پیش مخلوط استفاده می شود. برای استفاده از مزایای هر دو شعله پیش مخلوط و غیر پیش مخلوط می توان از شعله های جزئی پیش مخلوط استفاده کرد بدین صورت که مقداری از هوا قبل از فرایند احتراق به سوخت اضافه می شود (هوای اولیه) و بقیه هوا در سطح شعله به آن اضافه می شود (هوای ثانویه). علاوه بر این، دربسیاری از موارد صنعتی مانند نفوذ هوا در شعله پیش مخلوط، شعله غیرپیش مخلوط بالارونده، شعله های پیش مخلوط غنی و فقیر، خاموشی محلی شعله-های غیرپیش مخلوط، اشتعال خودبه خودی درتوزیع غیرهمگن سوخت و اکسنده، شعله های پایدارشده با چرخش گازهای داغ، احتراق اسپری، احتراق جزئی پیش مخلوط داریم. به صورت کلی تر هرگاه مخلوط سوخت و اکسنده غیرهمگن باشد احتراق جزئی پیش مخلوط داریم. با توجه به موارد فوق شعله های جزئی پیش مخلوط کاربرد صنعتی زیادی دارند بطوریکه بسیاری از شعله های صنعتی به صورت جزئی پیش مخلوط اند و شعله پیش مخلوط یا دیفیوژن خالص کمتر داریم. برای شبیه سازی این شعله ها و برای آنکه بتوان اثر پدیده های ذکر شده فوق را مدل کرد باید از یک مدل جزئی پیش مخلوط استفاده کنیم. بنابراین مطالعه و شبیه سازی شعله های جزئی پیش مخلوط ضرورت دارد. دراین پایان نامه از مدل های احتراقی جزئی پیش مخلوط برای شبیه سازی شعله های صنعتی استفاده می شود و اثر نفوذ هوا و ارتفاع بالاروندگی بررسی می شوند. برای شبیه سازی احتراق جزئی پیش مخلوط از ترکیب مدل احتراقی زیمنت (که یک مدل فلیملت پیش مخلوط بر مبنای متغیر پیشرفت واکنش است) و مدل احتراقی تعادلی و فلیملت بر مبنای کسر مخلوط (که از مدلهای شعله دیفیوژن می باشند) استفاده می شود. برای شبیه سازی اثر نفوذ هوا، سه شعله بنسن مختلف که در سرعت جت ورودی متفاوت می باشند، مدل می شوند. در حالت دوم برای شبیه سازی ارتفاع بالاروندگی، شعله غیر پیش مخلوط جت بالارونده مدل می شود. حل پیش مخلوط کامل برای حالت اول و دیفیوژن کامل برای حالت دوم انجام می شود. در همه حالات نتایج با کارهای تجربی و عددی قبلی مقایسه می شود. با توجه به نتایج عددی بدست امده استفاده از مدل جزئی پیش مخلوط برای موارد فوق ضروری است و مدل پیش مخلوط و دیفیوژن کامل قادر به شبیه سازی اثرات فوق نمی باشند. با توجه به شرایط استوکیومتریک شعله بنسن شبیه سازی شده، مدل تعادلی و فلیملت اختلاف کمی در مورد آن دارند ولی این اختلاف در مورد شعله بالارونده قابل توجه است. مدل جزئی پیش مخلوط استفاده شده در مورد شعله بنسن پیشگویی خوبی را حتی در مقایسه با مدل سطح مبنا که یک مدل پیشرفته تر است ارائه می دهد. در مورد شعله بالارونده مدل فوق مکانیزم پایداری را به طور کامل شبیه سازی نمی کند و مقدار ارتفاع بالاروندگی کمتر از نتایج تجربی پیش گویی می شود.